Projeto de Ultrapausterização de Leite

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I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Proyecto para 
Ultrapaste
la Cd.
e una Planta 
eche en
T E S I S
Oue pora obtener el título de 
IN G EN IERO QUIM ICO INDUSTRIAL
P r e s e n t a 
AGUSTIN MARIO URAGA VELASCO
México, D, F. 1 9 8 3
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INC JK IÉR IA C ÜII/ICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS 
D IV IS IO N !>l S IM K M A S D E T IT U IA C IO N
r *42
M « . . o D F. 9 d e Marzo de 1983
C. A G U S T I N M A R I O U R A G A V E L A S 00.
¡'.■¡.unte Je Ingeniero QUIMICO INRISTRIAL. 1972 -1976
Presente
E l tema de trabajo y/o to is para *u i-xamm prul««tonal en ia opción T ES IS TRADICIONAL IND IV IDUAL, 
es propuesto por cí C INC* JOSE A^^X^IC^MAGASA PEREZ„ quien -era el resnomp 1L»
do la calidad do I ahajo c««- '<«(.<! referida al ¡<ma PROYECTO PARA LA ’ NSTALACION DE UNA
PLANTA ULTRAPASTEURIZAD0RA DE LECHE, © I LA CD, DE DELIC IAS CHIHUAHUA."
el ftid d tb t ia usted desarrollar d< 11 «ordo ̂ í íK t 1 ¡>ígu.ente orden:
R ES U M E N » — :I.- INTRODUCCION.II.» Q2NERALK»DES'v rIII.- SELECCION Y .DESCRIPCION DEL PROCESO.IV.- SELECCION V E LOS EQUIPOS AUXILIARES DE L\ PLANTA. V.“ CCfvS IDERACIONES EGONCMCAS.
CONCLUSIONES.BIBLIOGRAFIA.
* ' -• V
•JW.. T O S E A M T 0 N Í ( J . ^ G A % rfSREZ. •
bf ProJe«or O ru Mador
DR. iffigKá FRIA S , ,. .
E l D ireo or de la Escuela
SECRETARIA
DE
F1UC ACION PMBIICA
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRAClIVAS
C AGUSTIN MARIO URAGA VELASOO. 
Pasante de Ingenie» QUIMICO INDUSTRIAL. 
Presente
México. D . F. 22 de Marzo de 1983
Los suscritos tenemos el agrado d ^ fn íu rm ar a usted que ''hab ien do procedido a revisar el borrador 
de la m odalidad de titalacióft'correspondiente, denom inado. “ .....................................................
ETOYECrO. PAR/*.; LA,. I ^ A L A C I W DE. UNA. PLANTA. ULT^\STHUFjJ.ZAOOP/\ .DE. LE0HE
e n . w . c p . . m
encontramos que el citado t ta b a jo ^ /d p* o^ecto de tesis^reúne los requisito >s para autorizar el Examen
Profesional y proceder a su tmpresü^ñ 
y correcciones que al respecto se J e
eí caso, debiendo tomar en c msideración Jas indicaciones
t .
H T 5
según
Atentam ente
J U R A D O
- J s i k
ING./JOSE ANTONIO MAGAÑA PEREZ. ( PROF. ORIENTADOR )
G A R C IA . .CJNG. SAüátfOO ARZATE.
c.cp.—Espediente.
ienes contribuyeron con su apoyo inconmensurable, 
también son los autores de este trabajo.
Gracias.
I N D I C E
RESUMEN
INTRODUCCION
Pág.
I. GENERALIDADES ..................................................................... 6
TI. SELECCION Y DESCRIPCION DEL PROCESO................ 16
III. SELECCION DE LOS EQUIPOS AUXILIARES DE LA
PLANTA ............................................................................................... 37
IV. CONSIDERACIONES ECONOMICAS................................... 92
V. CONCLUSIONES......................................................................... 110
BIBLIOGRAFIA
1
R E S U M E N
El desarrollo del presente trabajo de tesis fue realizado 
en 5 capítulos. En la Introducción se especifican los objetivos 
de la tesis, su realización a partir de m i participación en un 
]proyecto para ¡a compañía “Leche Industrializada Conasupo,
S. A .” y la explicitación de mis convicciones para la realiza­
ción de este tipo de proyectos por parte del Estado Mexicano; 
en el capítulo I se señalan las características y las propiedades 
físico-químicas y bacteriológicas tanto de las materias primas 
como de los productos que se obtendrán en la ultrapasteuriza- 
ción de la leche; en el capítulo II — Selección y Descripción 
del Proceso— se hace una reseña de los principales sistemas de 
lútrapasteurización, y una evaluación técnica de los mismos, 
señalando sus ventajas y sus desventajas y seleccionando el sis­
tema que representa el mayor avance tecnológico en el campo 
de la ultrapasteurización de la leche; en el capítido III se hace 
la selección de los principales equipos auxiliares de la planta, 
previo análisis teórico de cada uno de estos servicios y de los 
equipos que los suministran, así como del balance de materia y 
energía condensado en el cuadro de consumos; el capítulo IV 
— Consideraciones Económicas— resume los principales cri­
terios que deben tomarse en cuenta para la realización de 
cualquier proyecto industrial y se especifican los criterios que 
se siguieron en este último; hago mis conclusiones acerca de 
la factibilidad de este proyecto en el capítulo V, e incluyo 
una lista de la bibliografía consiiltada.
9
I N T R O D U C C I O N
El presente trabajo fue realizado tomando en conside­
ración una serie de factores sociales, económicos y técnicos 
que inciden de manera determinante en la producción de 
leche para satisfacer las necesidades de la población.
Es por iodos conocida la carencia e insuficiencia de este 
producto básico en el mercado nacional y el alto costo que 
para los sectores marginados de la población representa. A 
pesar de que la leche está considerada en el mundo como 
uno de los pilares de la alimentación, en México su consumo 
está muy por debajo de lo deseado. De acuerdo con estudios 
realizados por la empresa paraestatal Leche Industrializada 
Conasupo, S. A .”, el déficit de leche en el país era en el año 
de 1977 de 2.14 millones de litros por día y seguramente en 
la actualidad es de varios millones más.
Una serie de factores que sería difícil enumerar, y que 
van desde la misma crisis económica del país, hasta los pro­
blemas técnicos en la producción, distribución, costos, depen­
dencia tecnológica respecto del extranjero, etc., son los que 
generan, contribuyen o agudizan la problemática del consu­
mo de la leche.
Resulta paradójico que mientras algunos productos sin 
valor nutritivo producidos industrialmente como galletas,
3
pastelillos, refrescos, cervezas, etc., invaden los mercados 
más remotos del país, modificando los hábitos alimenticios de 
la población y deteriorando aún más la precaria dieta de la 
misma, los productos básicos como la leche, cereales, etc., 
no llegan a las zonas alejadas de los centros que los produ­
cen.
El caso de la leche es sin duda, uno de los más difíciles 
ya que además se trata de un producto perecedero y de fá­
cil descomposición; razones por las cuales la empresa para­
estatal L 1C 0N SA , a través de sus aún limitados canales de 
distribución, está tratando de hacer llegar, hasta las regiones 
donde su consumo no es regular, un tipo de leche ultrapas- 
teurizada que no sufre alteraciones en su composición quími­
co-bacteriológica, aún cuando el consumidor no cuente con 
refrigeración. Ello constituye una ventaja para las pobla­
ciones que carecen de equipos para conservarla, ya que este 
producto puede durar hasta tres meses en su envase original 
si no ha sido abierto.
El objetivo central de esta tesis es mencionar los crite­
rios que se siguieron para la realización de este trabajo y que 
pueden ser aplicados a cualquier otro proyecto industial. 
En este se consideraron la evaluación de las características 
técnicas de los sistemas más comunes de ultrapasteurización 
y la viabilidad de este tipo de proyectos industriales.
Consideré aspectos como la selección del proceso para 
la ultrapasteurización de la leche a partir de dos sistemas 
diferentes, y analicé las ventajas y desventajas de ambos, 
sugiriendo la alternativa que representa el mayor avance 
tecnológico en este campo.
Dentro de mis actividades profesionales he tenido la 
oportunidad de colaborar en un proyecto para la instalación
4
de una planta ultrapasteurizadora de leche en la empresa 
L1C 0N SA , del cual es resultado el presente trabajo, mismo 
que ha servido de base para desarrollar la ingeniería de de­
talle de la planta, y que actualmente se construye.
Es importante señalar que el colaborar en una empre­
sa paraestatal de las características de L1C0N SA , ha rea­
firmado mis criterios profesionales en el aspecto técnico, no 
sólo por el contacto con la realidad en el quehacer produc­
tivo del país, sino fundamentalmente porque las exigencias de 
la realidad social han fortalecido mi convicción por el servicio 
que deberían brindar tanto las empresas como los profesio­
nistas para satisfacer las demandas del pueblo, que ha creado 
unas y formando en las aulas a los otros.
G E N E R A L I D A D E S
I
6
I
G E N E R A L I D A D E S
En la elaboración de la leche ultrapasteurizada, es de 
primordial importancia que tantQ el producto como las ma­
terias primas utilizadas en su elaboración sean de primerí- 
sima calidad, ya que la leche producida se utiliza para el 
consumo humano.
En este capítulo resaltaré las cualidades de cada uno 
de los ingredientes que se utilizan, de acuerdo con las nor­
mas de¡ calidad internacionalmente aceptadas, así como las 
características y normas que debe cum plir el producto ter­
minado antes de salir al mercado.
1. NORMAS DE CALIDAD DE LAS MATERIAS PRI­
MAS PARA EL PROCESO DE ULTRAPASTEURI- 
ZACION UHT.
A) Leche Descremada en Polvo (LDP).
La leche descremada en polvo debe ser elaborada a 
partir de leche fresca descremada, no adulterada ni neutra-
7
Jizada, de buena calidad, apta para, consumo humano, se­
cada por aspersión; color blanco cremoso, olor y sabor ca­
racterístico, exenta de grumos — con excepción de los que 
se deshacen fácilm ente— , de partículas quemadas, de; tó­
xicos, de restos de insectos y de cualquier otro material ex­
traño.
Características Organolépticas.
— Sabor y olor: Característicos, exentos de sabores y 
olores extraños, como sebo, rancio, caramelizado, 
ácido, etc.
— Aspecto: Polvo amorfo, da color blanco cremoso uni­
forme, sin grumos excepto los que se deshacen fácil­
mente.
Propiedades Físicas.
Indice de Solubilidad: Máx. 1.25
Composición:
Humedad
Grasa
Acidez (como ácido láctico) 
Proteínas (N x 6.38)
Máx. 1 .25* 
Máx. 0 .15* 
Mín. 3 .4* 
Máx. 8 *
Máx. 4%
Cenizas 
Proteína sérica Máx. 1.5-5.9 
mg. N '/g.
Min. 30 min,Estabilidad térmica 
Calidad Bacteriológica:
8
Cuenta microscópica directa Máx. 75 x 10‘
por gr.
Cuenta estandar (SPC) Máx. 10,000
col/gr.
Cuenta coliformes (M PN) Menos de 5
por gr.
Cuenta E. coliformes (M PN) Menos de 5
por gr.
Cuenta hongos y levaduras Menos de 10
por gr.
Estafilococos (coagulasa positivo) Ausente.
Bacterias enteropatógenas Ausente.
B) Aceite de Coco.
Deberá utilizarse aceite de coco para consumo humano 
Debe ser refinado y deodorizado, fresco, puro, exento de ma­
teriales extraños.
Características Organolépticas.
— Apariencia: En estado sólido deberá ser blanco; fun­
dido es limpio y ligeramente amarillo.
— Olor: Neutro, fresco, no ácido; no debe oler a coco, 
rancio o a jabón.
— Sabor: Neutro, fresco, no ácido ni rancio, no debe sa­
ber a jabón (para probarlo se agregan 10 gr. de la 
grasa a 300 mi. de agua caliente).
'9
Propiedades Físicas.
Densidad 4 0 / 1 5 C 0.908-0.913 gr/cm 3
Indice de refracción 40°C 1.448-1.450
Punto de fusión (°C) 23-28
Composición:
Indice de saponificación 250-254
Indice de lodo 7.5-10.5
Acidez (% de ácido oleico) Máx. 0.2
Indice de peróxido Máx. 0.5
Humedad Máx. 0 .1*
Calidad Bacteriológica:
Cuenta estándar Máx. 100 col/m l.
Coliformes Menos de 1 por mi.
Cuentas de hongos y levaduras Menos de 1 por mi.
Salmonellas (50) Ausente
Cuenta de coliformes (M PN) Menos de 5 por gr.
E. Coliformes (M PN) Menos de 1 por gr.
Cuenta de hongos y levaduras Menos de 10 col/gr. 
Estafilococos (coagulasa posi­
tiva) Ausente
Enteropatógenos Ausente
C) Palmito de Vitamina A y D¡
(estabilizadas con tocoferol)
Líquido oleoso de color amarillo, adicionado de A-tecofe- 
rol como antioxidante.
10
Características Organolépticas.
— Apariencia: Líquido oleoso color amarillo.
— Olor y sabor: Característicos.
Composición:
Valor ácido Máx 2.0
Valor de peróxido Máx. 10
Contenido de Vitamina D Mín. 10s V i/gr.
Contenido de Vitamina A Mín. 106 V i/gr.
Calidad Bacteriológica.
Cuenta estándar Menos de 100 col/gr.
Coliformes (M PN) Menos de 1 por gr.
Cuenta de hongos y levaduras Menos de 10 por gr. 
Estafilococos Ausente
Enteropatógenos Ausente
Observaciones:
Debe conservarse al abrigo de la luz y en un lugar 
frío.
D) Grasa Butírica.
Composición:
Grasa de leche de vaca 99.9%
Acidez Máx. 1.05
m i / 100 gr.
Agua Máx. 0.1%
1 1
Indice de Peróxido Máx. 0.3
m eq/gr.
E) Leche Fresca
La leche será utilizada únicamente para la fabricación 
de leche evaporada.
Características Organolépticas.
Grasa
Sólidos no grasos 
Acidez (ácido láctico)
Densidad 1 5 C 
Indice de refracción a 20°C 
Punto crioscópico 
Prueba de alcohol 75%
Sedimento W izard
Características Microhiológicas:
Prueba de la reductasa: De acuerdo a esta prueba, 
la leche es clasificada en dos grupos, que son:
Grupo A:
Leche de primera calidad. No decolora el azul de 
metileno en 5 horas y media, lo que corresponde a 
un tenor menor de 500,000 germ enes/m l.
Grupo B:
Leche de calidad mediana. Se mantiene coloreada 
durante dos horas, pero se decolora dentro de las 
5 horas y media, lo que corresponde de 500,000 
a 41’000,000 de gérmenes/ml.
Min. 30 g r/It. 
Mín. 83.89% 
0.13-16%
Mín. 1.029 
37.39
0.53-0.56°C
Negativa
1.0
12
F) Agua para rehidratación de leche.
El agua para la rehidratación de leche debe estar libre 
de materia suspendida visible, así como de color, olor y 
sabor.
N o debe contener materia mineral u orgánica peligrosa 
para la salud.
Los límites máximos de substancias tóxicas en el agua 
son:
Límite máximo(mg>/lt).
Arsénico (como As) 
Cadmio (como Cd) 
Cianuro (como Cn) 
Plomo (como Pb)
0.05
0.01
0.05
0.1
0 . 0 0 1
0.01
M ercurio (como Hg) 
Selenio (como Se)
Características Recomendadas.
Sabor
Olor
M ateria orgánica
Fierro
Manganeso
Nitratos
Sulfatos
Cloruros
Cantidad total de bacterias 
Total de bacterias colifor­
mes
Ninguno
Ninguno
Mínima
Máx. 0.2-0.4 ppm. 
Máx. 0.03-0.1 ppm. 
Máx. 30 ppm.
Máx. 100 ppm.
Máx. 100 ppm.
Máx. 100 gérm enes/lt.
O / l O O m l .
13
2. NORMAS DE CALIDAD DE LOS PRODUCTOS UL- 
TRAPASTEURIZADOS A ELABORAR.
A) Leche U H T Concentrada y Leche U H T Evaporada.
Sólidos totales 229 giVlt.
Grasa Mín. 60 g r/lt.
Sólidos no grasos Min. 179 g r/lt.
Acidez (como ácido lác­
tico) Máx. 0.22%
pH Mín. 6.6
Tiempos de escurrimiento Máx. 11 a 12 Seg.
A los 5 días, a 55 °C:
Tiempo de escurrimiento Máx. 13 Seg.
Acidez (como ácido láctico) Máx. 0.22% 
pH Mín. 6.3
Calidad Bacteriológica:
Termofílicos aerobios y anaerobios (menos de 100 mi.)
A los 7 días, a 37°C:
Tiempo de escurrimiento Máx. 13 Seg.
Acidez (como ácido láctico) Mín. 0.22% 
pH Mín. 6.5
Mésofílocos aerobios y anaerobios (menos de 100 
m i . )
Características Organolépticas:
Olor y sabor: No rancio. 
Color: Blanco cremoso.
Solución homogénea sin separación de grasa, n i coa­
gulación de proteínas, olor y sabor frescos, agrada­
bles, no a ácidos ni a sebo, grasa, etc.
Composición de los Productos Ultrapasteurizados.
A) Leche U H T Concentrada:
Leche líquida a doble concentración, rehidratada y u l' 
trapasteurizada, en envase estéril de cartón.
14
Sólidos no grasos 17.00%
Grasa butírica 0.18%
Aceite de coco 5.80%
Emulsificantes' y estabilizantes 0.20%
Agua 76.82%
100.00%
B) Leche U H T Evaporada:
Leche líquida a doble concentración, rehidratada y ul- 
trapasteurizada.
Sólidos no grasos 17.00%
Grasa butírica 6.00%
Emulsificantes y estabilizantes 0.20%
Agua 76.80%
100.00%
SELECCION Y DESCRIPCION DEL PROCESO
I I
16
I I
SELECCION Y DESCRIPCION DEL PROCESO
En el presente capítulo analizo los sistemas más comu­
nes de ultrapasteurización de la leche, realizo una evaluación 
de la aplicación de los calentamientos directo e indirecto en 
la ultrapasteurización de la leche y hago una descripción 
del proceso seleccionado para la fabricación de la leche ul- 
trapasteurizada.
SISTEMAS DE ULTRAPASTEURIZACION DE LA 
LECHE
Los sistemas de calentamiento por U ltra Alta Tem pe­
ratura (U H T) se aplican para esterilizar lecheo derivados de 
ella, con la finalidad de ultrapasteurizarla y que pueda con­
servarse sin perder sus cualidades alimenticias por un perio­
do mínimo de 3 meses después de su producción.
Los sistemas desarrollados para la ultrapasteurización 
de la leche son:
A) Sistema por Calentamiento Directo.
B) Sistemas por Calentamiento Indirecto.
. 17
A) Sistema por Calentamiento Directo.
El medio de calentamiento para el sistema directo es el 
vapor de agua, el cual entra en contacto directo con el pro­
ducto. En este sistema pueden seguirse dos métodos para la 
esterilización:
a) El vapor es inyectado directamente al producto.
b) El producto es inyectado directamente al vapor.
De los dos métodos mencionados anteriormente, el más 
utilizado es el primero, y es conocido como el de “Uperiza- 
ción de la Leche”.
A continuación describiré las partes principales de este 
sistema y su operación (véase la fig. 1).
La leche es admitida en el tanque de balance (1). Es 
bombeada después a un cambiador de calor de placas, el cual 
está constituido por dos secciones de calentamiento. En la 
primera sección (2) la leche es precalentada hasta 60°C y 
en la segunda sección, se eleva la tem peratura de la leche 
hasta 76°C aproximadamente, por medio de vapor. Posterior­
mente, y utilizando una bomba de alta presión, la leche es 
enviada a otra sección de calentamiento (4) en donde es ca­
lentada rápidamente para su esterilización (de 2 a 3 segun­
dos) hasta 140°C por niedio de la inyección directa de vapor 
vivo. Una vez que ello se ha realizado, la leche llega al tan­
que de expansión (6) en el cual rigen condiciones de vacío 
mantenidas con precisión; el condensado resultante de la 
inyección ele vapor en la leche se evapora, y simultáneamente 
la leche es enfriada hasta que alcanza los 78°C. La leche ya 
esterilizada es bombeada por medio de la bomba AP al ho- 
mogeneizador aséptico (7). La leche hemogeneizada pasa por
ftg. I Diagrama cósico de flujo del proceso de esteriIlación por caientamiento directo.
19
un enfriador (8) en donde su temperatura desciende hasta 
los 20°C.
N aturalm ente, es de gran importancia no alterar la com­
posición de la leche por la inyección de vapor, lo cual exige 
que la cantidad de condensado absorbido por la leche sea to­
talmente removido en el tanque de expansión (6). Para cum­
plirse este objetivo, debe ser mantenido con precisión un 
diferencial de temperaturas entre la descarga de la leche de 
la segunda sección del calentador (3) y la leche enfriada 
en el tanque de expansión (6).
La planta debe contar con una válvula diversificadora 
de flujo (5), Si por alguna razón la tem peratura de esterili­
zación no es lograda, la válvula diversificadora actúa des­
viando el flujo al segundo tanque de expansión (9), donde 
también prevalecen idénticas condiciones de vacío que en 
el tanque de expansión (6). En esta etapa el condensado es 
evaporado de la leche en la sección de enfriamiento (10), que 
localizamos entre el tanque de balance (1) y la bomba de 
retorno (P).
B) Sistema por Calentamiento Indirecto.
En este sistema el producto no entra en contacto con 
el medio de calentamiento. La transferencia de calor por este 
método, se efectúa a través de una pared de metal. En la prác­
tica se utilizan los siguientes equipos:
a) Cambiadores de calor tubulares.
b) Cambiadores de calor de placas.
La fig. 2 muestra el diagrama de flujo simplificado del 
proceso de esterilización indirecto U HT, consistiendo de los 
siguientes componentes principales:
A envasado 
asaptico
Fi g 2
o rre de enfriamiento 
renaje.
D iagram a básico de f lu jo d e l proceso de esterilizacio 'n U ,H .T . indirecto
21
1.—Tanque de balance.
2 .—Bomba alimentadora de leche.
3.— Cambiador de calor de placas.
4 .—Tubo de sostenimiento.
5.— Homogeneizador.
6.—Tanque aséptico receptor de leche esterilizada.
7.— Panel de control de instrumentos.
8.—Tanque de balance del circuito de circulación de 
agua.
9 .— Bomba para recirculación de agua.
10.—Calentador de agua en línea.
En este proceso los pasos a seguir son:
I. Precalentamiento y Homogeneización.
II. Esterilización.
III. Enfriamiento Aséptico.
i. Precalentamiento y Homogeneización.
D urante la fase de producción, la leche es admitida al 
proceso U H T por medio del tanque de balance (1), de donde 
es enviada a la Sección III del cambiador de calor de placas 
(3) por medio de la bomba de alimentación (2). En esta sec­
ción llamada de calentamiento regenerativo, la leche es ca­
lentada aproximadamente a 66 C por el flujo a contraco­
rriente de la leche esterilizada en la Sección I del cambiador 
de calor.
2 2
De la sección de calentamiento regenerativo, la leche 
fluye al homogeneizador no aséptico (5). La homogeneización 
normalmente se lleva a cabo en dos etapas a una presión 
entre 150 y 250 kg /cm 2 y en ella los glóbulos de grasa son 
incorporados homogéneamente a la leche, para evitar que 
durante el empacado y almacenamiento se produzca una se­
paración de la crema.
II. Esterilización.
Después de la homogeneización, la leche entra en la 
etapa de calentamiento final. Aquí la leche retorna del ho­
mogeneizador hacia la Sección I del cambiador de calor, ca­
lentándose ahí indirectamente hasta 137°C por medio de 
agua caliente. La leche calentada hasta esta temperatura pasa 
a través de un tubo de sostenimiento (4) en el cual se m an­
tiene a 137°C durante 4 segundos para obtener leche este 
rilizada.
III. Enfriamiento Aséptico.
Después del tubo de sostenimiento, la leche fluye a la 
Sección II del cambiador de calor (3) en donde se enfría 
asépticamente de 137°C hasta aproximadamente 76°C por 
medio de un circuito de agua de enfriamiento. La leche en­
tonces pasa a través de la Sección III aséptica, donde se en­
fría aproximadamente hasta 20°C por medio de la leche fría 
que entra a esta sección, llamada de enfriamiento regenera­
tivo.
De esta sección, la leche fluye al tanque aséptico (6) 
receptor de leche esterilizada y por último se envasa en las 
máquinas asépticas.
EVALUACION DE LA APLICACION DE LOS CALEN­
TA M IEN TO S DIRECTO E IN D IRECTO EN LA 
ULTRAPASTEURIZACION DE LA LECHE.
Un estudio detallado de los principios de cada uno de 
los sistemas de calentamiento, nos revela sus diferencias; 
mismas que serán evaluadas a continuación.
1. CA LEN TAM IEN TO DIRECTO.
1.1. Calidad del vapor.
En el Sistema de Calentamiento Directo, el vapor entra 
en contacto con el producto que se está procesando. Por con­
siguiente, el vapor debe reunir las siguientes cualidades:
— Preferentemente, el vapor debe obtenerse de agua po­
table.
— El vapor debe estar libre de olores y sabores.
— Sólo debe usarse vapor sobrecalentado.
— La adición de químicos a la caldera o al agua de ali­
mentación que se emplea para suavizarla o para cual­
quier otro propósito no debe contaminar el vapor.
— Como el vapor debe ser puro, es necesario limpiar con 
más frecuencia la caldera.
— Las tuberías de vapor, desde la caldera hasta los equipos 
de proceso deberán ser de acero inoxidable.
Para alcanzar los requerimientos arriba mencionados, 
de preferencia se deben usar calderas que tengan una gran 
capacidad de almacenamiento de agua, a fin de disponer
23
24.
siempre de una sobrecarga; de otra manera, las partículas 
de agua pueden entrar en el domo de la caldera y por con­
secuencia arrastrarse con el vapor hasta los equipos de pro­
ceso. También es necesario evitar la admisión de aceite, ya 
que pequeñísimas trazas de aceite pueden afectar el sabor y 
olor del vapor producido.
La práctica ha demostrado que en los sistemas de calen­
tamiento directo, es necesario dar al vapor un tratamiento 
extra, antes de que éste entre en contacto con el producto. 
Para este fin existen diversos tipos de equipos, por ejemplo:
a) Filtros centrífugos.
Un filtro centrífugo remueve todos los sólidos, gotas de 
agua y químicos disueltos en la misma. Sin embargo los quí­
micos en estado gaseoso no son removidos efectivamente.
b ) . Filtroscentrífugos con filtros de carbón activado.
El empleo en serie de filtros de carbón activado con 
filtros contrífugos hacen posible la eliminación de químicos 
gaseosos dei vapor.
Por el análisis realizado anteriormente, es evidente que 
se requiere de una excelente calidad de vapor en los sistemas 
de calentamiento directo, y por lo tanto, se hace necesario 
instalar una planta generadora que permita obtener vapor 
perfectamente limpio. Por esta razón se recomienda que en 
estos sistemas se instalen filtros centrífugos con filtros de 
carbón activado.
7.2 Condensados en el producto.
En los sistemas de calentamiento directo, una determ i­
25
nada cantidad de condensados quedan en el producto debido 
a la inyección de vapor. Pruebas realizadas en este proceso 
han demostrado que se consumen alrededor de 145 kg. de 
vapor por cada 1000 kg de leche.
La cantidad de condensado absorbido tiene que ser re­
movido totalmente para obtener la composición original del 
producto. La remoción debe llevarse a cabo en el tanque de 
expansión. (Véase la Fig. 1}.
Las condiciones que se deben cumplir para obtener una 
adecuada evaporación del condensado son:
— M antener un vacio preestablecido exacto en el tanque 
de expansión.
— M antener un diferencial entre la temperatura en la des­
carga del producto del tanque de expansión y la tempe­
ratura en la descarga del segundo precalentador.
Usualmente la tem peratura del producto a la salida del 
tanque de expansión es entre T y 3°C mayor que la tempe­
ratura de descarga del segundo precalentador. Esta diferen­
cia debe ser cuidadosamente determinada en cada planta.
Es necesario tener un control de tem peratura muy exacto 
en esta sección del proceso, ya que una variación de T C en 
la diferencia mencionada provoca un cambio de alrededor 
del 0.2% en la densidad del producto.
Manteniendo una temperatura preseleccionada con una 
exactitud de * 0.02°C se puede causar un cambio en la den­
sidad del producto de ± 0.04%. Este cambio puede ser detec­
tado con los métodos usuales para la determinación del con­
tenido de sólidos en la leche.
26
1.3 Olores del producto.
Con el calentamiento directo y durante la evaporación 
del condensado se produce un cierto grado de aeración que 
provoca la remoción o pérdida de ciertos olores agradables 
de la leche.
1.4 Arreglo de la planta en el Sistema de Calentamiento
Directo.
El Sistema de Calentamiento Directo requiere que la 
planta sea arreglada de acuerdo a la Fig. No. 1. A partir de 
este diagrama señalaré las característics del arreglo que este 
sistema exige para su correcto funcionamiento.
Este sistema cuenta con un homogeneizador y una bom­
ba en la sección aséptica. Ello sin embargo, nú garantiza en 
modo alguno la calidad del producto, en virtud de que la 
leche puede reinfecíarse si estos equipos no han sido esteri­
lizados adecuadamente.
Además, por especificacioncs de la calidad del producto, 
es necesario hemogeneizar la leche ya que al ser esterilizada 
adquiere un ligero sabor a caí y contiene sedimentos que se 
forman a, partir de conglomerados de partículas de caseína 
de 1 micrón o más de diámetro.
Así, en los Sistemas de Calentamiento Directo resulta 
inevitable la homogeneización de la leche después de la este­
rilización, lo que constituye una desventaja puesto que la 
leche puede reinfectarse.
O tra desventaja del sistema es que los accesorios de la 
bomba y del hemogeneizador requieren de constante aten­
ción, principalmente los sellos de la flecha de la bomba y los 
del homogeneizador.
27
1.5 Desventajas en la flexibilidad durante la operación en 
el Sistema de Calentamiento Directo.
La flexibilidad en los Sistemas de Calentamiento Di­
recto es reducida, ya que una planta con capacidad normal 
de 8 000 L ts/hora necesita de 2 máquinas asépticas llenado­
ras de 4 000 lts /h o ra cada una, como máximo. Si una má­
quina llenadora deja de operar por un periodo prolongado, 
surgen problemas en el proceso, ya que en los Sistemas de 
Calentamiento Directo, resulta difícil variar la capacidad 
de la planta y disminuir la producción hasta el 50%, porque 
las siguientes secciones de la planta mencionadas a conti­
nuación están adaptadas para trabajar simultáneamente y 
en perfecta coordinación a la capacidad normal de la planto.
— La bomba de alta presión que envía el producto a la 
sección de calentamiento donde se inyecta vapor.
— La bomba aséptica que envía la leche del tanque de 
expansión al homogeneizador.
— El homogeneizador aséptico.
Cuando surge este problema, se hace necesario contar 
con un tanque aséptico que almacene el producto esteriliza­
do hasta que pueda ser procesado por la llenadora.
El proceso se complica puesto que el tanque forma una 
unidad separada del proceso y requiere de un sistema propio 
de control automático para su limpieza, lavado y esterilizado, 
además de que debe entrar en funcionamiento en el momen­
to en que el proceso lo requiera. Cuando el nivel del producto 
disminuya, el aire que entre a este tanque deberá estar libre 
de gérmenes y filtrado adecuadamente, de lo contrario es po­
sible que constituya una fuente de reinfección para la leche.
28
Desde el punto de vista de inversión, la adquisición de 
este tanque hace que se incremente en forma considerable el 
costo de proceso.
2. CA LEN TAM IEN TO IN DIRECTO .
2.1 Calidad del Vapor.
En el sistema de calentamiento Indirecto también se 
utiliza el vapor para calentar y esterilizar la leche; pero a 
diferencia del sistema directo, el vapor no entra en contacto 
con la leche, debido a que la transmisión de calor se realiza 
a través de una placa de metal y no por inyección directa.
2.2 Condensador en el Producto.
Considerando lo expresado en el punto anterior dedu­
cimos que en este sistema no habrá condensados de vapor en 
la leche y por lo tanto es innecesario cualquier tipo de remo­
ción de condensados.
2.3 Olores del Producto.
Debido a que no se efectúa ninguna remoción de con­
densados de la leche en los sistemas de calentamiento indi­
recto, los compuestos aromáticos volátiles de leche quedan 
en el producto haciéndola agradable cuando se consume.
2.4 Arreglo de la Planta.
Como se muestra en la Fig. 2, el arreglo de la planta en 
el sistema de calentamiento indirecto nos indica que el ho' 
mogeneizador no esta incluido en la región aséptica del cir­
29
cuito. Esto constituye una ventaja a diferencia del sistema
directo ya que no opera asépticamente y por lo tanto no nece­
sita esterilizarse.
Otra de las ventajas de este sistema de calentamiento 
directo es que se reduce considerablemente la posibilidad de 
reinfección de la leche al no contar con bomba en la región 
aséptica paia el envío de la leche de esta zona al envasado, 
debido a que el homogeneizador no aséptico funciona tam­
bién como una bomba de alta presión que es capaz de enviar 
la leche desde la región no aséptica hasta las máquinas enva­
sadoras, pasando por la zona de esterilización.
2.5 Flexibilidad en los Sistemas de Calentamiento Indirecto.
Los sistemas de calentamiento indirecto, tienen un ran­
go de flexibilidad más amplio que los sistemas de calenta­
miento directo, debido a que la variación de capacidad se 
obtiene por medio del motor de corriente directa y de velo­
cidad variable del homogeneizador no aséptico, ya que como 
he mencionado anteriormente funciona también como una 
bomba de alta presión que determina el rendimiento y la ca­
pacidad de la planta.
Este motor también puede ser de dos velocidades, lo 
cual significa que la capacidad de la planta pueda ser de dos 
capacidades.
Lo anterior da como resultado que esta planta alimente 
simultáneamente a dos o más máquinas llenadoras, depen­
diendo solamente de la capacidad de éstas.
Si ocurrieran problemas en alguna de ellas, la capacidad 
de la planta es ajustada automáticamente de la siguiente 
forma:
La velocidad del motor del homogeneizador se reduce
30
para que sólo 4,000 lts. del producto sean procesados por 
hora.
La válvula quedescarga condensados en la sección de 
calentamiento se cierra: así esa parte del circuito de vapor 
se llena con condensado y la superficie de calentamiento en 
esta sección es reducida a la mitad. El suministro de vapor 
puede ser ajustado de acuerdo a las nuevas condiciones de 
operación.
DESCRIPCION DEL PROCESO
El proceso de obtención de leche ultrapasteurizada a 
partir de leche fresca con la adición de leche descremada en 
polvo o solo de leche rehidratada, se presenta en el diagrama 
de bloques anexo, en el se muestran las siguientes operacio­
nes fundamentales:
1. Recepción y almacenamiento de leche fresca.
La leche que proviene de estaciones de recolección si­
tuadas en zonas distantes de la planta es transportada en pi­
pas y es recibida fría a una tem peratura que varía entre 5 
y 15°C.
Si la leche proviene de lugares cercanos se recibe en cán­
taros, los cuales después de vaciarse y pesarse deben ser lava­
dos y entregados limpios a sus dueños.
La leche recibida debe ser sometida a un análisis quí­
mico-bactérico para verificar su calidad; si esta se encuentra 
dentro de los parámetros establecidos debe ser enfriada y al­
macenada en tanques-silo a una tem peratura cercana a los 
4 C previa filtración y medición.
31
2. Recombinación o estandarización.
Como se observa en el diagrama de bloques anexo, se 
pretende que en la elaboración de los productos ultrapasteu- 
rizados, estos pueden ser procesados a partir de la leche fresca 
con leche descremada en polvo (L.D.P.) o solo de la rehidra- 
tación de la leche descremada en polvo, así como de las mez­
clas posibles entre ambas, respetando la relación entre sóli­
dos grasos y sólidos no grasos (Re)
Sólidos Grasos
Re ------------------------
Sólidos no Grasos
Calculados los ingredientes adicionales para una ade­
cuada formulación, son mezclados a 50°C, temperatura en 
la que se favorece la disolución de los mismos.
mezcla se efectúa de la siguiente manera:
La leche descremada en polvo se vacía de los sacos a la 
tolva del mezclador, el cual cuenta con un filtro integral pa­
ra solo dejar pasar las partículas finas; las cuales pasan a la 
unidad mezcladora, en donde se combinan con el agua o la 
leche fresca proveniente de los tanques de recombinación, 
misma que es recirculada a los mismos tanques.
La recirculación se mantiene aproximadamente durante 
45 minutos para obtener una adecuada homogeneización de 
la leche estandarizada. Después de esta operación, la leche 
es bombeada hasta la unidad: de pasteurización.
3. Pasteurización (pretratamiento).
La pasteurización de la leche se efectúa por medio de
— PRODUCCION A PARTIR DE LECHE DESCREMADA EN POLVOÍLD P)
— PRODUCCION A PARTIR DE LECHE FRESCA
GRASA
4
PRETRATA­
PROCESO
i ÉUT
— ►
ENVASADO
MIENTO Un l
DIAGRAMA DE BLOQUES 
PRODUCCION DE LECHE UHT
33
su calentamiento y enfriamiento en un intercambiador de pla­
cas, con su sección de regeneración .En dicha sección de 
regeneración la leche fría que entra, efectúa un intercambio 
indirecto de calor con el producto caliente que sale.
Después de este paso, la leche sale del intercambiador 
aproximadamente a 78°C, tem peratura favorable para que al 
pasarla por el deareador se elimine el aire del producto en 
una cámara de vacío.
Esta tem peratura también es ideal para efectuar la adi­
ción de la grasa en línea por medio de una bomba emulsifi- 
cadora enviando el producto al homogeneizador para lograr 
una integración homogénea del producto. De este equipo la 
leche es enviada al pasteurizador donde se eleva la tempera­
tura de la leche a 85°C, sosteniéndola por 150 segundos, con 
lo cual se logra la pasteurización.
Si las condiciones fueron alcanzadas satisfactoriamente, 
el producto se envía a los tanques de balance, los cuales per­
m itirán absorber variaciones en la capacidad y de esta forma 
evitar un paro total de la planta en caso de falla de alguna 
de las secciones del proceso.
4. Ultrapasteurización.
La ultrapasteurización de la leche por medio del proce' 
so de “U ltra Alta Tem peratura” indirecta (indirect U .H.T.), 
se realizará por calentamiento indirecto de la leche, hasta 
su tem peratura de esterilización (137°C en un tiempo de 4 
segundos) por medio de un cambiador de calor de placas. 
Este proceso ya fue descrito a detalle anteriormente en este 
mismo capítulo.
5. Envasado Aséptico.
La leche al haber sido tratada asépticamente, se debe se­
34
guir conservando como tal al ser envasada, para lo cual el 
sistema de envasado y el material de envase deben garantizar 
un funcionamiento aséptico para que el producto llegue a 
resistir un mínimo de tres meses en anaquel, sin necesidad 
de refrigeración.
El envasado se realizará en máquinas envasadoras “Tetra- 
Pack” de empaque especial, sujeto a esterilización con peróxi­
do de hidrógeno (H¿ O). La capacidad de estas máquinas 
es de 3,600 envar.es/hr. máquina. El volumen del envase es 
de 500 mi.
Como resultado de la presente evaluación y después de 
haber analizado las ventajas y desventajas de los sistemas de 
calentamiento directo e indirecto para la ultrapasteurización 
de la leche, concluyo que el sistema de calentamiento indi­
recto es el que más ventajas técnicas, económicas y de opera­
ción presenta; razones por las cuales se constituye como el 
sistema que deberá utilizarse en la ultrapasteurización de la 
leche en nuestra planta.
A continuación especifico las bases de diseño genera­
les de la planta.
Nombre: LICONSA.
Localización: Cd. Delicias, Chih.
Función: Producción de leche ultrapasteurizada a do­
ble concentración.
Tipo de proceso: Ultrapasteurización por calentamiento 
indirecto (UHT).
Productos: (1) Leche concentrada y (2) Leche evaporada.
Capacidad de diseño: 9000 Its /h r.
Capacidad de operación: 8000 Its/h r. 
Capacidad mínima: 4000 lts /h r. 
Factor de servicio: 88%.
A ltura de la planta: 1156 m.s.n.m. 
Presión barométrica: 6470 mm. Hg. 
Tem peratura de bulbo húmedo: 24°C 
Tem peratura de bulbo seco: 40°C.
III
SELECCION DE LOS EQUIPOS AUXILIARES 
DE LA PLANTA
37
III
SELECCION DE LOS EQUIPOS AUXILIARES 
DE LA PLANTA
La selección de; los equipos auxiliares de la planta es 
otra de las actividades relevantes en la realización de cual­
quier proyecto industrial. Esta selección se hace en función 
de las necesidades y requerimientos de todos los equipos in­
dustriales* tanto del proceso como de los propios servicios 
auxiliares incluyendo las necesidades de tipo sanitario y del 
acondicionamiento de aire.
Los volúmenes de cada uno de estos servicios son obte­
nidos de los fabricantes de los equipos y del proveedor de la 
tecnología del proceso, así como del balance de materia y 
energía, y en muchos de los casos estos son obtenidos tam' 
bién por similitud con plantas existentes del mismo tipo. 
Estos valores son preliminares y usualmente se ajustan cuan­
do se realiza la ingeniería de detalle de la planta y se elabo­
ran las órdenes de compra de los equipos; sin embargo, estos 
valores estimados son de gran importancia en el desarrollo 
de la ingeniería básica, ya que con ellos se determ inan con 
bastante aproximación la capacidad, el tamaño de los equi­
pos y su costo aproximado en el mercado.
En este capítulo haré un resumen de los servicios por 
medio de un cuadro general de consumos, mencionaré las 
características, usos y fuentes de suministro de cada uno 
de ellos, y por último seleccionaré los equipos más adecuados 
a los valores preliminares estimados de estos servicios.
Los servicios que normalmente necesita una planta in- 
dustrializadora de leche son:
— Agua. Dependiendo de su calidad, ésta puede clasifi­
carse como: cruda, suavizada y desmineralizada. Por su 
uso podrá ser helada, de enfriamiento y de servicio.
— Vapor. Según la presión o tem peratura de suministro, 
éste puede ser de baja, de media y de alta presión.
— Aire Comprimido. El aire comprimido podrá ser de 
dos tipos de calidad de acuerdo al uso que se haga de 
él: de planta y de instrumentos.
— Energía Eléctrica. De acuerdoa la tensión con que 
operan los motores en una planta industrial, ésta puede 
ser de alta, media y baja tensión.
A G U A .
El agua es una substancia que se encuentra en la natu 
raleza en diversos estados; en forma sólida, líquida y de va­
por. Es común proporcionarle diversos tratamientos para 
acondicionarla y puede ser usada sin problemas en los dife­
rentes servicios. En casos muy excepcionales es lo suficien­
temente pura para que pueda, ser usada sin practicarle algún 
tratamiento.
38
39
AGUA CRUDA.
El agua cruda puede tener un sinfín de impurezas que 
podemos clasificar en tres categorías diferentes:
1.— Sólidos suspendidos.
2 .— Sólidos disueltos.
3 .— Gases.
1. Sólidos suspendidos.
Los sólidos suspendidos son aquellas partículas que no 
pueden ser disueltas por el agua y que pueden separarse por 
medios físicos con la ayuda de reactivos químicos; ejemplos 
de este tipo de sólidos son: la turbidez, el lodo, las arcillas, el 
color, la materia orgánica, el sílice coloidal, etc.
2. Sólidos disueltos.
Los sólidos disueltos son elementos o compuestos que se 
encuentran en el agua en> forma de iones cargados positiva 
o negativamente a los cuales se les conoce como cationes y 
aniones. Estos pueden ser eliminados por medio de reaccio­
nes químicas con compuestos específicos o por medio del 
intercambio iónico en materiales sintéticos llamados resinas 
o zeolitas.
Los siguientes iones se encuentran prácticamente en 
todas las aguas naturales o crudas en concentraciones consi­
derables y sus valores varían de acuerdo con la región o zona 
de estudio de que se trate.
10
C A T I O N E S A N I O N E S
Calcio ........................ C a+ +
Magnesio .................. MgH—f-
Sodio .......... ............... N a +
Potasio ........................ K +
(No muy común)
Hidrógeno' ................ H +
^Fierro . F e + +
^M anganeso Mn+4-
A lca lin idad como:
B icarbonato s HCO»
* *Carbonato? ............... C0:i
H id ró x id o .................. OH
Cloruros ..................... CI
Sulfatos ..................... SO,
N itratos ................ NO ’.
Sílice como SiO-
Bióxido de carbono como CO¡
* Estas son las formas disueltas, las formas oxidadas del 
fierro (F e + + + ) y manganeso (M n + + +) son insolubles.
3. Gases.
Los gases son elementos o compuestos disueltos en el 
agua que pueden en la mayoría de los casos separarse del 
agua por medio de la ebullición. En algunos casos específicos 
se utilizan reactivos químicos.
Dependiendo del sitio en donde se desee construir la 
planta, el suministro de agua podrá provenir de cualquiera 
de las siguientes fuentes:
41
— Superficiales: Ríos, lagos, lagunas, arroyos, etc.
— Subterráneas: Pozos.
También el suministro de agua podrá provenir de las 
redes municipales o de la zona industrial en donde se loca­
lice la planta. Específicamente para nuestra planta, el agua 
podrá provenir tanto de la red del parque industrial donde 
se construirá la planta como de un pozo que se perforará 
en el terreno propiedad de LICONSA. Este criterio de tener 
dos fuentes de suministro, se toma en función de la impor­
tancia que tiene el agua en este tipo de plantas industría­
les.
Además de que se recomienda tener dos fuentes de su­
ministro, es indispensable que la planta cuente con un de­
pósito que cubra eventuales fallas en dichos suministros, esto 
con el propósito de garantizar la continuidad de nuestro pro­
ceso y evitar pérdidas económicas por retardos e interrupcio­
nes en la producción.
El depósito puede consistir en una cisterna o en un tan­
que elevado. La elección del tipo de depósito se hace tomando 
en consideración diversos factores, entre los más importan­
tes tenemos la capacidad y el costo del depósito, así como la 
presión requerida en la línea de distribución.
Cuando se requiere de una gran capacidad de reserva de 
agua como es el caso de las plantas industrializadoras de le­
che y una presión entre 4 y 6 kg /cm 2, se utilizan cisternas 
y sistemas de bombeo. Si requiriéramos de una menor reserva 
de agua y una presión entre 2 y 3 kg /cm 2 utilizaríamos un 
tanque elevado.
Uno de los aspectos que se debe cuidar con esmero 
es la calidad bacteriológica del agua, ya que como hemos m en­
cionado anteriormente ésta también servirá de materia pri­
42
ma, para lo cual será necesario desinfectarla completamente. 
Para tal fin se utilizan diversos compuestos químicos, los 
más usuales y recomendables son el cloro y algunos com­
puestos derivados de él como el hipoclorito de calcio 
[C a (O C I)2] el hipoclorito de sodio (NaOCI) y el dióxido de 
cloro (CIO=); al tratamiento con estos compuestos se le co­
noce como cloración.
La cloración además de desinfectar el agua también 
permite controlar indirectamente la proliferación de bacte­
rias, algas, lama y en general toda clase de materia orgáni­
ca gracias a la acción del cloro residual presente en el agua 
tratada.
De los compuestos derivados del cloro mencionados 
anteriormente, los hipocloritos de sodio y calcio son los reac­
tivos desinfectantes más comúnmente usados en plantas pe­
queñas de tratamientos de agua en donde la simplicidad y 
seguridad son más importantes que el costo. De las solucio­
nes de hipoclorito la más común es la de hipoclorito de so­
dio, comúnmente conocida como solución blanqueadora.
La solución de hipoclorito de sodio se adiciona al agua 
en su forma comercial concentrada; si al utilizar este méto­
do hay como resultado la utilización de muy pequeños volú­
menes del reactivo, será necesario diluir la solución.
Al diluirse el hipoclorito de sodio en los tanques de 
preparación se precipita la dureza producida por la alcalini­
dad, lo cual puede ocasionar que las tuberías se ensucien y 
destruyan paulatinamente, al igual que los equipos de ali­
mentación. Para evitar esta situación, la solución debe ser 
preparada con 24 horas de anticipación con el fin de que los 
precipitados tengan suficiente tiempo para su asentamiento 
o bien deben adicionarse aproximadamente 50 gr. de hexa- 
metafosfato de sodio por cada 100 litros de agua.
43
El cloro es el agente que más se utiliza en la desinfec­
ción ya que posee una gran capacidad de oxidación provocan­
do con ello la destrucción de la materia orgánica.
El cloro disuelto en el agua reacciona de acuerdo con 
la siguiente fórmula:
CI* + H O ** HCIO + HCI
Esta reacción es acompañada por la siguiente reacción se­
cundaria:
HCIO <=* C IO ' + H +
La dirección del equilibrio de estas reacciones depen­
de del valor del pH del medio. Si el pH es por debajo de 2, 
todo el cloro se encontrará en forma molecular. A un pH 
de 5, el cloro molecular ha desaparecido completamente y 
se vuelve ácido hipocloroso (HCIO).
Con un pH de 10 el cloro se encuentra combinado en 
forma de iones hipoclorito (CIO ).
Si el valor del pH varía entre 5 y 10, lo cual es usual 
en el caso de aguas sujetas a cloración, encontramos una 
mezcla de ácido hipocloroso y iones hipoclorito, la propor­
ción relativa varía de acuerdo al valor del pH.
Como el efecto bactericida es más marcado cuando se 
encuentra en forma de ácido hipocloroso (HCIO), el cloro 
es más eficiente en un medio ácido que en uno alcalino. 
Esta acción se ve incrementada con el tiempo de contacto 
entre el cloro y el agua. Un tiempo de contacto corto puede 
ser compensado con el uso de una gran cantidad de reac­
tivo.
44
Sugiero que para nuestra planta se utilice la dosifica­
ción de cloro en forma líquida usando hipoclorito de sodio, 
debido a que este último compuesto es más fácil de dosifi­
car y a que el costo de inversión del equipo es mínimo. Tam ­
bién recomiendo la dosificación en la línea de suministro 
y antes de la cisterna de almacenamiento para así aum entar 
el contacto entre el agua y el cloro.
AGUA DE SERVICIOS.
El agua utilizada en los servicios será de la misma ca­
lidad del agua que es suministrada a la planta; ésta será so­
lamente clorada y se clasifica como “agua cruda o dura”, ya 
que es normal encontrar enella un alto contenido de catio­
nes y aniones, de dureza generalmente superior a los 200 
p.p.m., como CaCOs.
Esta agua se usará en las estaciones de servicio para 
lavado de las pipas y cántaros, en el lavado del piso de las 
áreas de proceso y de recepción de leche, en los servicios 
sanitario,s y para el riego de jardines.
AGUA SUAVIZADA.
La concentración de los iones de calcio, magnesio y 
de otros metales presentes en el agua, determinan su gra­
do de dureza.
Las aguas pueden clasificarse por su dureza en la si­
guiente forma:
Dureza total 
Tipo de agua (p.p.m. como CaCO')
Suave 0 — 60
Moderadamente dura 60 — 120
Dura 120 — 180
Muy dura más de 180
45
La dureza total representa el total de las sales de cal­
cio, magnesio, fierro y de otras sales minerales disueltas en 
el agua.
Si en las operaciones donde el agua es calentada co­
mo en los intercambiadores de calor (pasteurizadores, ultra- 
pasteurizadores, lavadoras de cántaros, etc.), de las plantas 
industrializadoras de leche utilizáramos agua dura, se pre­
cipitarían las sales presentes en el agua ocasionando incrus­
taciones y estas harían disminuir la eficiencia de la trans­
ferencia de calor en dichos equipos. Por este y otros moti­
vos se hace necesario suavizar la dureza del agua hasta 60 
p.p.m. (como CaCQ») de dureza total. Para alcanzar este 
propósito se utilizan resinas catiónicas de poliestireno sul- 
fonadas en tanques especiales de acero al carbón llamadas 
suavizadores.
Los intercambiadores catiónicos con resinas de polies­
tireno sulfonadas se denominan del tipo ciclo sodio’ debido 
a que en estas se intercambian los cationes de Ca + +, M g+ + , 
Fe + + , Mn +- + o A I+ + + , contenidos en el agua por los 
cationes de N a+ presentes en la resina. Con esto logramos 
que el contenido de sales que producen incrustaciones, dis­
minuya notablemente; sustituyéndolas por sales de sodio las 
cuales aun en concentraciones muy elevadas no producen 
este tipo de problemas.
Cuando la resina se ha agotado, se regenera con una 
solución diluida de. cloruro de sodio del 5 al 15% de con­
centración, la cual se pasa lentamente a través de la cama 
de zeolita.
Otro de los sistemas utilizados en la suavización del 
agua es el de Cal-Carbonato en Caliente.
Este sistema actualmente está cayendo en desuso por
46
los problemas de operación y de mantenimiento, así como 
por el almacenamiento de las materias primas que se utili­
zan en diebo tratamiento.
Para recomendar el empleo del tipo de sistema de sua- 
vización se deben considerar varios aspectos, entre ellos los 
más importantes son:
1. El control y la operación de los sistemas de suavi- 
zaeión del tipo “ciclo sodio” es simple y confiable, 
debido a que cuando ocurren cambios en el gasto 
del flujo de agua o en su composición, el proceso 
se ajusta automáticamente.
2. Los equipos utilizados en el tratamiento de suavi- 
zación por cal-carbonato en caliente’ tienen un 
costo muy superior a las unidades de suavización 
con zeolita; excepto cuando la dureza del agua es 
muy grande, ya que en este caso el costo de los equi­
pos con zeolita se ve incrementado sustancialmen­
te y el costo de los equipos de cal-carbonato en ca­
liente se incrementan ligeramente.
3. LI costo de operación puede ser más grande en el 
tratamiento cal-carbonato en caliente que en las 
unidades de suavización con zeolita cuando se tie­
nen aguas muy duras sin carbonates. Sin embargo 
en aguas duras con bastantes bicarbonatos, los cos­
tos de operación pueden ser más altos en los pro­
casos con zeolita que con cal-carbonato en calien­
te.
AGUA DESMINERALIZADA.
El agua necesita ser desmineralizada cuando el contení-
47
do de sílice en ella es muy elevado y se utilice en calderas que 
operen a más de 150 lbs/pu lg2 de presión. Si no se desmi- 
neraliza, el sílice, ocasiona severos problemas de incrustación 
en las calderas.
Los métodos utilizados para desmineralizar el agua
son:
— Por intercambio iónico.
— Cal-carbonato en caliente.
El tratamiento de cal-carbonato en caliente como m en­
cionábamos anteriormente, presenta muchos problemas en 
su operación y actualmente está cayendo en desuso.
La desmineralización del agua por intercambio iónico 
se realiza básicamente en dos etapas:
® Intercambio Catiónico
@ Intercambio Aniónico
Intercambio catiónico: En esta etapa se intercambia 
en la unidad catiónica los cationes metálicos (Ca+ + , Mg + -r, 
N a + , Fe + +, M n+ + , etc.), existentes en el agua por los iones
H + . El efluente de la unidad catiónica contendrá ácidos,
cuyo tipo y cantidad dependen de los aniones presentes. Los 
ácidos fuertes, HCI, H^SCh y HNOs, son formados por el 
hidrógeno intercambiado y por los aniones CI7 SO? y NO“ 
presentes en el agua.. A este conjunto de ácidos se les deno­
mina acidez mineral libre.
Los ácidos débiles (ligeramente ionizados) se forman a 
partir de la alcalinidad y la sílice del agua. Los aniones HCOs, 
y COs se convertirán en el ácido carbónico HCO», el cual se 
descompone para dar HO y CO\ La sílice estará presente
48
como ácido silícico HSiO s. Los iones OH “ si estuvieran pre­
sentes inicialmente en el agua se combinarían con el H + 
para formar agua, neutralizándose de esta manera.
Intercambio amónico: En la segunda etapa del proce­
so, un intercambiador amónico en estado alcalino, remue­
ve los aniones presentes en los ácidos respectivos formados 
en la etapa anterior. Los intercambiadores aniónicos pue­
den ser débilmente básicos y fuertem ente básicos. Los pri­
meros pueden remover únicamente los ácidos fuertes y los 
segundos pueden remover ambos tipos de ácidos.
Los ácidos silícico y carbónico son ácidos débiles y sólo 
pueden ser removidos por los intercambiadores fuertem en­
te básicos.
Todos los intercambiadores aniónicos liberan iones O H ' 
en intercambio de los aniones removidos. Los iones OH* 
son neutralizados por el H + con quien se combinan para 
formar HO.
Cuando se requiere de un efluente de muy alta cali­
dad (que nc es el caso de nuestra planta) se utilizan siste­
mas de 3 o 4 etapas los cuales representan variaciones de 
los procesos básicos descritos anteriormente.
En la práctica, la remoción de los cationes metálicos 
por medio del intercambiador catiónico nunca es completa. 
Un pequeño porcentaje de los cationes permanecen en el 
efluente. A ello se le da el nombre de fuga de cationes.
El CO= que se forma en la etapa del intercambiador 
catiónico puede ser removido por un desgasificador o por 
un intercambiador aniónico fuertemente básico. El costo es 
menor cuando se utiliza un desgasificador. Si deseáramos 
remover otros gases (por ejemplo oxígeno) además del CO* 
tendríamos que utilizar un desgasificador al vacío.
49
Agua Helada
El agua helada es otro de los servicios importantes en 
las industrias lecheras por la siguiente causa:
El manejo de la leche en la ordeña y después de ella 
hasta su entrega en la planta es en muchos de los casos de­
ficiente desde el punto de vista sanitario. Aun si las condi­
ciones saniatrias fueron óptimas, teniendo vacas limpias, 
utensilios desinfectados, manejo adecuado de la ordeña y el 
pronto enfriamiento de la leche; las pocas bacterias presen­
tes en la leche en estas condiciones óptimas, se m ultiplica' 
rán con gran velocidad si la leche no es sometida a tempe­
raturas menores de 10 C.
El efecto de la temperatura sobre el crecimiento bac­
teriano en la leche se puede apreciar en la tabla siguiente:
Temperatura de la leche 
sostenida 24 hrs. a °C
Cuenta de colonias por 
mi. después de 24 hrs.
0 2 400
4 2 500
5 2 600
6 3 100
10 11 600
13 18 800
16 180 000
20 450 000
30 1 400 000 000
35 25 000 000 000
De esta tabla podemos deducir que las cuentas bacte­
rianas no aumentan si la leche ha sido enfriada y sostenida
50
a 4°C. A 10°C casi no hay aumento en la leche de la cuenta 
bacteriana inicial baja, pero si hay un ligero aumento en la 
leche de cuenta inicial alta.
En cambio a 16°C, la leche de cuenta bacteriana baja, 
duplica su número, y la de altalo aum enta 50 veces.
A una tem peratura de 21°C el crecimiento es tan rápi­
do, que hay peligro de que la leche se corte en un período 
muy bajo de tiempo al incrementarse la acidez de origen 
bacteriano.
Por todo lo anterior llegamos a la conclusión que la le­
che debe ser enfriada hasta casi los 4°C.
La leche puede ser enfriada en agua fría, en agua con 
hielo o por medio de refrigeración mecánica. Lo normalmen­
te usado en las plantas industrializadoras de leche para su en­
friamiento, es agua helada, la cual se obtiene de sistemas de 
refrigeración industrial.
Los sistemas de refrigeración industrial consisten ge­
neralm ente de cuatro partes principales: (Ver. Fig. No. 3).
1. El Compresor. Este equipo succiona el gas refrige­
rante a baja presión y temperatura del evaporador 
y lo comprime, enviándolo posteriormente al con­
densador a una mayor presión y temperatura.
2. El Condensador. Este equipo puede ser de dos ti­
pos- enfriado por aire o por agua, el aire o el agua 
absorbe del refrigerante gaseoso el calor que ha si­
do removido del evaporador.
Aquí el gas refrigerante se enfría, se conden­
sa y se acumula en el recibidor del refrigerante lí­
quido. Desde este recibidor el líquido es transpor- 
portado al evaporador por medio de la válvula de
REFRIGERANTE GASEOSO
RETORNO AUTOMATICO DE ACEITE
COMPRESOR
i
DREN DE ACEITE
FVAPORADOR
SEPARADOR DE ACEITE
CONDENSADOR
REFRIGERANTE LIQUIDO Y VAPOR HUMEDO
RECIBIDOR DE REFRIGERANTE
VALVULA DE 
EXPANSION
 {XI «■
PRL310N DE DESCARGA 
PRESION DE SUCCION Flg.3 Diagrama esquemático de ma planta de enfriamiento 
por compresidn
AGUA DE ENFRIAMIENTO
52
expansión o de la válvula flotadora en los sistemas 
de inundado.
3. La válvula de expansión. Esta es un dispositivo que 
controla el flujo de refrigerante dentro del evapora­
dor, reduciendo la alta presión del líquido relativa­
mente caliente en la entrada de la misma a líquido 
frío de baja presión en la salida. Esta válvula pue­
de ser de capacidad fija, permitiendo un flujo con­
tinuo y uniforme o puede ser del tipo automático go­
bernada por la temperatura del evaporador.
4. El Evaporador. En nuestro sistema el evaporador 
será el banco de hielo o el enfriador de agua, este 
equipo recibe el refrigerante en dos fases: parcial­
mente líquido y parcialmente gaseoso y lo evapora 
totalmente debido a que absorbe calor del agua con­
virtiéndola en hielo. El gas formado del refrige­
rante es succionado nuevamente por el compresor 
principiando otro ciclo.
Ahora explicaré brevemente en que consiste el ciclo de 
refrigeración tal como se aplica en la refrigeración indus­
trial.
El ciclo de refrigeración comprende una serie de ope­
raciones por medio de las cuales el refrigerante absorbe ca­
lor del agua, cambiando su estado líquido por el de vapor; 
después es comprimido y forzado dentro del condensador 
donde el calor es cedido al medio utilizado para enfriar el 
refrigerante, causando que éste se convierta nuevamente a 
su estado original de líquido. Las etapas básicas del ciclo de 
refrigeración son tres: Evaporación, Comprensión y Con­
densación.
Evaporación. Es sabido que cuando el agua cambia del
53
estado líquido al estado gaseoso, el calor requerido para efec­
tuar este cambio es el calor latente de vaporización, mante­
niéndose la tem peratura constante en este proceso. Esta con­
dición es válida para cualquier tipo de líquido refrigerante.
En el evaporador de nuestro sistema (banco de hielo o 
enfriador de agua) el refrigerante absorbe el calor del agua 
convirtiéndola en hielo, el calor absorbido evapora el refrige­
rante a presión y temperatura prácticamente constantes. Sien­
do ese calor absorbido el calor latente de vaporización expli­
cado anteriormente.
Compresión. El vapor formado por la absorción de 
calor durante el proceso de evaporación es succionado fuera 
del banco de hielo por medio del compresor y comprimido 
dentro de un espacio mucho menor, incrementándose la pre­
sión y la tem peratura del vapor.
Condensación. El funcionamiento del compresor 
continúa hasta que la temperatura del vapor en la descarga 
se encuentra sobre la temperatura del medio de enfriam ien­
to (aire o agua), siendo enviado el refrigerante al condensa­
dor en donde el calor absorbido en el banco de hielo es ahora 
cedido al medio de enfriamiento, volviéndo el refrigerante 
nuevamente a su estado líquido. El líquido así formado por 
la condensación es enviado al evaporador y el proceso se re­
pite nuevamente.
Habiendo explicado someramente en qué y cómo se 
produce la refrigeración y el agua helada, mencionaré bre­
vemente los tipos y las características de los principales re­
frigeradores que se ofrecen en el mercado para el enfria­
miento de la leche. Pero antes es necesario mencionar los ti­
pos de refrigerantes entre los cuales tenemos: El agua helada, 
la salmuera el amoniaco y el freón; de ellos casi siempre se 
utiliza el agua helada por su facilidad de manejo con equi­
5 i
pos de bombeo y por la seguridad que representa el no con­
tam inar la leche por error con agentes químicos.
Cortinas enfriadoras.
Estas consisten en una serie de tuberías horizontales 
conectadas entre sí en un plano vertical, por sobre las cua­
les cae la leche desde un recipiente perforado en toda su 
longitud, recogiéndose en otro recipiente de mayor capaci­
dad, el cual desemboca en una tubería sanitaria. El refrige­
rante circula por entre las tuberías y en general consiste 
de agua en las tuberías superiores y otro refrigerante más 
frío en las inferiores. Es frecuente que se coloquen cubier­
tas en estos equipos para proteger la pureza de la leche mien­
tras se le enfría.
Enfriadores de gabinete.
Estos son muy semejantes a los enfriadores de superfr 
cié, excepto que las tuberías son de un diámetro mucho me­
nor y tienen varios planos de tuberías verticales colocados 
muy cerca entre sí y encerrados dentro de un gabinete ce­
rrado, el que generalmente se halla abisagrado para facili­
tar su limpieza y se abre como si fuera un libro. La ven­
taja es que con el mismo tamaño de la cortina enfriadora 
ofrece una mayor superficie de enfriamiento por lo que 
pueden enfriarse mayores cantidades de leche.
Enfriadores tubulares internos.
Este tipo de enfriadores consisten en tuberías concén­
tricas sanitarias, las que conducen la leche por el interior 
de la tubería anular y por el interior de la tubería de mayor 
diámetro circula el refrigerante o agua fría. La leche cir­
55
cula a contracorriente del refrigerante. En este tipo de en­
friadores la leche se halla protegida del aire y no hay peli­
gro de contaminaciones o evaporación, pero su limpieza es 
un poco más difícil.
Enfriadores de placas.
Estos enfriadores consisten en una serie de placas me­
tálicas de poco espesor, colgadas en un armazón unas junto 
de otras y dispuestas de tal modo que cuando se les aprieta 
por medio de un tornillo de compresión, se puede hacer 
circular la leche y el refrigerante por placas alternadas, lo­
grándose la transmisión de calor directamente a través de 
las placas. Las superficies de las placas son acanaladas, co­
rrugadas o estriadas con el fin de crear una cierta turbu­
lencia por el paso de los líquidos y facilitar de este modo la 
transmisión de calor.
Estos equipos tienen tomas de entrada y de salida ade­
cuadas en cada extremo de las placas para los flujos de le­
che y de refrigerante, dispuestas de tal modo que eviten que 
estos elementos se mezclen entre sí. Por lo general se utili­
za agua helada, pero cuando se trata de enfriar leche calien­
te, una de las secciones utiliza agua de enfriamiento, apar­
te de la sección de agua helada.
En este tipo de enfriadores no se emplean salmueras, 
amoniaco u otros tipos de refrigerantes, pues las placas se 
desarman frecuentemente para su limpieza y estos elemen­
tos refrigerantes representan una incomidad durante es­
ta operación además del costo que implicaría su reemplazo 
por efecto de las pérdidas ocurridas durante el desarmado, 
y tambiénpor la posibilidad de contaminación de la leche 
en la operación.
En resumen, los enfriadores de placas son muy eficien­
56
tes, de poco volumen, fáciles de limpiar y de desinfectar, por 
lo que su uso se halla muy generalizado en la industria le­
chera.
AGUA DE EN FRIA M IEN TO .
El proceso de enfriamiento del agua es uno de los más 
antiguos conocidos por el hombre. El agua es enfriada nor­
malmente cuando se expone su superficie al aire. Algunos 
de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua 
en la superficie de una laguna; otros son comparativamente 
rápidos, como cuando se rocía el agua en el aire. Todos es­
tos procesos incluyen la exposición de la superficie del agua 
al aire en varios grados.
El proceso de enfriamiento del agua implica a su vez 
un proceso de transferencia de calor. El proceso de transfe' 
rencia de calor consiste en: (1) la transferencia del calor la­
tente debido a la vaporización de pequeñas cantidades de 
agua y (2) la transferencia de calor sensible debido a la di­
ferencia entre la temperatura del aire y del agua. Aproxi­
madamente el 80 porciento de esta transferencia de calor se 
debe al calor latente y el 20 restante al calor sensible.
La remoción posible de calor por kilogramo de aire- 
circulado en una torre de enfriamiento, depende de la tem­
peratura y de la mezcla contenida en el aire. Una indicación 
de la mezcla contenida en el aire es su temperatura de bul­
bo húmedo. Teóricamente entonces, la tem peratura de bul­
bo húmedo, es la temperatura más baja a la cual el agua 
puede ser enfriada. Sin embargo, en la práctica el valor ele 
aproximación de la temperatura del agua fría no se iguala­
rá a la temperatura de bulbo húmedo en una torre de en ­
57
friamiento; esto se debe a la imposibilidad de contacto de 
toda el agua con el aire fresco.
La m agnitud del acercamiento de la tem peratura del 
agua fría a la tem peratura del bulbo húmedo depende del 
diseño de la torre. Entre los factores importantes para el en­
friamiento del agua tenemos: tiempo de contacto entre ésta 
y el aire, magnitud de la superficie utilizada y rompimiento 
del agua en gotas. Actualmente las torres de enfriamiento 
son raras veces diseñadas para valores de aproximación a la 
tem peratura de bulbo húmedo más cercanos que 2.8°C.
Teoría de las torres de enfriamiento.
La teoría más generalmente aceptada del proceso de 
transferencia de calor en las torres de enfriamiento, es la 
desarrollada por Merkel. El análisis de su teoría está basado 
en una ‘diferencia potencial de entalpia’ como la fuerza im­
pulsora para el enfriamiento del agua. En dicha teoría se 
asume que cada partícula de agua es cubierta por una pe­
lícula de aire, siendo la diferencia de entalpia entre la pelí­
cula y el aire del medio ambiente, la que provee la fuerza 
impulsora para el proceso de enfriamiento. De esta teoría se 
deriva la siguiente ecuación:
K a v f T] dT 
L * h' - h 
T2
Donde: K = coeficiente de transferencia de masa en kg 
de agua/(hr) (m2); a = área de contacto en m V m 3 del volu­
men de la torre; V— volumen de enfriamiento activo en mV:
53
m 2 del área proyectada; L = cantidad de agua en kg/(hr) 
(m2); h ’~- entalpia del aire saturado a la temperatura del 
agua en Kcal/'kg; h = entalpia de la corriente de aire en K cal/ 
kg; T i y T a- temperaturas de entrada y salida de agua en 
°C. El lado derecho de la ecuación es enteramente depen­
diente de las condiciones y propiedades del agua y del aire, 
y es independiente de las dimensiones de la torre.
La figura siguiente ilustra las relaciones entre el agua 
V el aire y el potencial impulsor que existe en una torre de 
contraflujo, donde el aire fluye paralelamente pero opuesto 
en dirección al flujo de agua. Entender este diagrama es im­
portante en la visualización del proceso de enfriamiento en 
una torre.
La línea de operación del agua se muestra por la línea 
A B y está fijada por las temperaturas de entrada y salida del 
agua de la torre. La línea de operación del aire empieza en 
C, verticalmentc abajo de B y en este punto tiene una en­
talpia correspondiente a la tem peratura de bulbo húmedo 
del medio ambiente. La línea B C representa la fuerza in r 
pulsora inicial (h’ — h). La relación líquido gas L /G , está 
representada por la pendiente de la línea de operación del 
aire. El aire saliendo de la torre está representado por el 
punto D. El rango de enfriamiento es la longitud proyectada 
por la línea C D en la escala de temperatura. El valor de 
aproximación de la torre de enfriamiento se muestra en el 
diagrama como la diferencia entre la tem peratura del agua 
fría saliendo de la torre y la temperatura de bulbo húmedo 
del medio ambiente.
Las coordenadas refieren directamente la temperatura 
y la entalpia de cualquier punto en la línea de operación del 
agua, pero sólo refiere directamente la entalpia de un punto 
en la línea de operación del aire. La correspondiente tempe-
Balance de calor en una torre de enfriamiento
60
ratura de bulbo húmedo de cualquier punto de la línea CD 
es encontrada por la proyección del punto horizontal a la 
curva de saturación, leyéndose verticalmente en la coorde­
nada de la temperatura.
La integral de la ecuación de Merkel está representada 
por el área ABCD en el diagrama. Este valor es conocido 
como ‘característico de la torre’, variando con la relación L /G 
solamente.
Por ejemplo, un incremento en la temperatura de bul­
bo húmedo del medio ambiente mueve el punto C hacia arri­
ba, y la línea C D se desvía hacia la derecha para m antener 
el valor de K aV/L constante.
Si el rango de enfriamiento se incrementa, la línea C D 
se prolonga. A una tem peratura de bulbo húmedo constante, 
el equilibrio es establecido por el movimiento de la línea ha­
cia la derecha para m antener el valor de K aV /L constante. 
Por otra parte, un cambio en la relación L /G , cambia la 
pendiente de la línea C D, y la torre vuelve al equilibrio con 
un nuevo valor de KaV/L.
A continuación mencionaré los principales tipos de to­
rres de enfriamiento más comúnmente utilizadas y sus prin­
cipales características.
— Torres de tiro mecánico.
En la actualidad se utilizan dos tipos de torres de tiro 
mecánico: las de tiro forzado y las de tiro inducido.
En las torres de tiro forzado el ventilador se encuentra 
montado en la base y el aire es forzado a entrar en el fondo 
y es descargado a baja velocidad en la parte superior de la 
torre. Este arreglo tiene la ventaja de tener localizado el ven- 
tilador y su accionador fuera de la torre, donde la inspec­
61
ción, m antenimiento y reparación se pueden realizar fácil­
mente. También el equipo se encuentra fuera del calor y de 
la humedad y por lo tanto el ventidador se encuentra fuera 
del ambiente corrosivo de la torre. Sin embargo este tipo de 
torres tienen la desventaja de estar sujetas a una excesiva 
recirculacion de humedad debido a la baja velocidad del 
aire a la salida, lo que ocasiona el retorno de la humedad en 
la admisión de aire. Como la temperatura de bulbo húmedo 
del aire de escape es considerablemente superior a la tem­
peratura de bulbo húmedo del aire del medio ambiente, en­
tonces la eficiencia del funcionamiento disminuye, eviden­
ciándose esto por un incremento en la tem peratura del agua 
fría de salida.
Las torres de tiro inducido son las más utilizadas en la 
industria y pueden ser clasificadas en torres de flujo cruza­
do y torres de contraflujo, dependiendo de la relativa direc­
ción del flujo del agua y del aire. Termodinámicamente el 
arreglo de contraflujo es el más eficiente puesto que el agua 
más fría se pone en contacto con el aire más frío, obtenién- 
dose así el máximo potencial de entalpia. Las mayores ven­
tajas de este tipo de torre son los mayores rangos de enfria­
miento y los dificultosos valores de aproximación alcanza­
dos. Por ejemplo con una relación L /G de 1 con una tem­
peratura de bulbo húmedo de 25.5°C y una tem peratura de 
35°C de entrada de agua las torres de contraflujorequieren 
un valor de 1.75 de K aV /L para 2.8°C de valor de aproxi­
mación, cuando una torre de flujo cruzado requiere un va­
lor de 2.25 para el mismo valor de aproximación. Sin em­
bargo, si el valor de aproximación es incrementado hasta 
3,9°C ambos tipos de torres requieren el mismo valor de 
KaV/L.
Los fabricantes de las torres de flujo cruzado pueden re­
ducir efectivamente las características de las torres a muy
62
bajos valores de aproximación por el incremento de la canti­
dad de aire para dar las más bajas relaciones de L /G . El 
incremento del flujo de aire no es llevado a cabo necesaria' 
mente por el incremento del flujo de aire, pero si por el alar­
gamiento de la torre al increm entar el área seccional cruzada. 
Pareciera entonces que el flujo cruzado lleno puede ser he­
cho más largo progresivamente en dirección perpendicular 
al flujo de aire y más corto en dirección del flujo de aire 
hasta casi perder su inherente desventaja de diferencia de 
potencial. Sin embargo cuando se hace esto se incrementa 
el consumo de energía en el ventilador.
El funcionamiento de un tipo dado de torre de enfria­
miento es regulado por la relación del peso del aire al peso 
del agua y del tiempo de contacto entre el agua y el aire. En 
la práctica comercial, la variación en la relación del aire al 
agua se obtiene primeramente manteniendo constante la ve­
locidad del aire alrededor de 1148 m /(m in) (m2 de área ac­
tiva de torre) y variando la concentración del agua en L / 
(min) (m2 de área de torre). Como una operación secunda­
ria la velocidad del aire se varía al hacer el ajuste de la torre 
de acuerdo a los requerimentos de enfriamiento.
El tiempo de contacto entre el agua y el aire es regulado 
en gran parte por el tiempo requerido para descargar el agua 
de las boquillas del sistema de distribución de la torre y su 
caída a través de la torre al depósito. El tiempo de contacto 
es por lo tanto obtenido en un tipo dado de unidad por la 
variación de la altura de la torre. El tiempo de contacto será 
insuficiente si no se incrementa la relación aire-agua para 
producir un enfriamiento deseado. Por lo tanto será necesa' 
rio m antener una cierta altura mínima de torre de enfria­
miento. Cuando se requiera un amplio valor de aproxima­
ción, entre 8.3 y 11.1 C con un rango de enfriamiento entre 
13.8 y 19.4 C una torre de enfriamiento relativamente baja
63
con una altura entre 4.5 y 6 m., es suficiente. Cuando se re­
quiera un moderado valor de aproximación entre 4.4 y 8.3°C 
y el mismo rango de enfriamiento, una torre en la cual el agua 
atraviese de 7.6 a 9.2 m., es adecuada. Si se requiere un va ̂
lor de aproximación entre 2.2 y 4.4°C y el mismo rango de 
enfriamiento, se requerirá que el agua atraviese entre 10.7 y 
12.2 m. de altura de torre. Normalmente no es económico 
diseñar una torre de enfriamiento con un valor de aproxi­
mación menor de 2.7°C pero este puede ser satisfactoriamen­
te alcanzado con una torre en la cual el agua atraviese de 
10.7 a 12.2 metros.
Finalmente para poder hacer la selección del tipo de 
torre de enfriamiento a utilizar, se debe hacer una evalúa" 
ción técnica-económica de ellas, determinada por la efectivi­
dad del relleno, de las condiciones de diseño y de los costos 
del fabricante de las torres.
Por último considero necesario mencionar que existen 
otros tipos de torres de enfriamiento como las de enfriamien­
to atmosférico, en las cuales el enfriamiento del agua se rea' 
liza por el movimiento natural del viento; o de las torres de 
tiro natural o hiperbólico muy usadas en Europa, en las cua­
les el aire fluye a través del tiro natural de la torre debido 
a la diferencia tan grande de densidades entre la tempera­
tura de entrada del aire frío y la tem peratura de salida del 
aire caliente. El aire que sale de la chimenea es más ligero 
que el del medio ambiente y el tiro es creado por el efecto de 
la chimenea, eliminando así la necesidad de los ventiladores 
mecánicos. Se ha observado que el tiro natural de estas to­
rres opera comúnmente a diferencias de presión del aire del 
orden de 0.2 pulg. manométricas de agua cuando se tiene 
plena carga y la velocidad media del aire arriba del empaque 
de la torre varía entre 1.2 y 1.8 m /seg.
64
VAPOR.
El vapor es otro de los elementos básicos de los serví" 
cios auxiliares. Por sus características el vapor se utiliza en 
las plantas industrializadoras de leche como medio de ca­
lentamiento en diversos sistemas y equipos; ya sea para el 
procesamiento, la limpieza o la esterilización. Una planta u ti­
lizando sistemas ‘por lote’ requiere solamente para la pas­
teurización de la leche de 140 a 220 kgs. de vapor por cada 
1,000 kg. de leche procesada. Muchas lavadoras de cántaros 
consumen de 1 a 1.5 kgs. de vapor por cada cántaro lavado.
Al equipo que produce industrialmente vapor de agua 
se le llama Caldera o Generador de Vapor. En este equipo 
se aprovecha el poder calorífico que libera un combustible 
al oxidarse, el cual es absorbido por el agua; que primera­
mente eleva su temperatura hasta la de ebullición, ganando 
con ello calor sensible y posteriormente cambia de la fase 
líquida a la fase gaseosa ganando calor latente.
El vapor producido en la caldera puede ser húmedo si 
contiene en su seno partículas de líquido, y seco, en caso 
contrario. A la relación del peso del agua líquida presente 
en la fase vapor con respecto al peso total de la mezcla en 
un vapor húmedo, se le llama ‘Calidad del Vapor’. Por lo 
tanto un vapor húmedo queda definido de acuerdo a su pre­
sión o a su temperatura y también por su calidad.
Otro tipo de vapor, es el vapor sobrecalentado. Este 
tiene una tem peratura superior a la de ebullición y en el 
encontramos solamente la fase vapor. Con el objeto de defi­
n ir un vapor sobrecalentado se necesita indicar su presión 
y su temperatura o bien su grado de sobrecalentamiento, que 
es la diferencia entre su tem peratura y la temperatura de 
ebullición correspondiente a su presión.
65
Volviendo a los equipos que generan vapor podemos 
decir que actualmente existen en el mercado dos tipos gene' 
rales de calderas, a pesar de que se ha desarrollado una gran 
variedad de modelos y tipos con diferentes arreglos, estas uni­
dades estandarizadas son:
• Calderas tubos de humo.
• Calderas tubos de agua.
Calderas tubos de hamo.
Este tipo de calderas se denominan así porque debido 
al arreglo que tienen, los gases que se producen en la com­
bustión se hacen pasar por los tubos mientras que por fuera 
de estos se genera el vapor.
La generación del vapor por fuera de los tubos consti­
tuye un factor limitante en este tipo de calderas, ya que no 
pueden operar a grandes capacidades ni a grandes presiones, 
debido a que el espesor de la placa que se requeriría para la 
construcción de la envolvente de la misma las hace poco eco­
nómicas.
El límite de capacidad para estas calderas, es de aproxi­
madamente 11,000 k g /h r. de producción de vapor a una 
presión máxima de 17.5 kg /cm 2.
Calderas tubos de agua.
Estas calderas como su nombre lo indica, manejan el 
agua por el lado interno de los tubos y por fuera de estos se 
encuentran los gases de la combustión; esta característica 
permite que el vapor alcance altas presiones sin que se ne'
66
cesiten grandes espesores de placa. Después de que se ha 
generado el vapor dentro de los tubos, este se envía al domo 
superior de la caldera para efectuar su separación.
Este tipo de calderas no tienen límites en sus rangos 
de operación. De acuerdo a su capacidad las podemos cla­
sificar en: calderas tipo paquete y calderas construidas en 
campo.
Las calderas tipo paquete son aquellas que debido a sus 
dimensiones pueden ser totalmente construidas en la fabri­
ca del proveedor y para su instalación en campo se requiere 
únicamente de interconexiones de tubería. El límite de ca­
pacidad en estas calderas es aproximadamente de 11000 k g / 
h r de producción de vapor a cualquier presión.
Las calderas de construcción