EQUIPO INDUSTRIAL PARA EL PROCESAMIENTO DE TODO TIPO
DE DESPERDICIOS ALIMENTICIOS.
A. Pineda, J. del Río, R. Chao y A. Pérez
Instituto de Investigaciones Porcinas Gaveta Postal No
1, Punta Brava
La Habana, Cuba
.
RESUMEN
En
este trabajo se describe una planta prototipo para producir pastas alimenticias
a partir de desperdicios de matadero, animales muertos, desperdicios de cocina
y otros grupos de materiales contaminantes del medio. Este equipo ha sido
investigado y desarrollado en Cuba desde 1987. La necesidad de evitar la
contaminación del ambiente y el carácter económico que
tiene la utilización de todas las fuentes protéicas en la
producción porcina con un costo mínimo, fue el objetivo
fundamental al desarrollar esta instalación. Un destructor
termomecánico tipo DTM es el equipo básico del proceso
tecnológico. Este analisis detallado incluye las condiciones de
intercambio de calor, parámetros estructurales y operacionales de una
linea piloto con el destructor prototipo cubano modelo DTM 1.5. Los datos
reportados sobre los destructores DTM 2.7 y 5.5 fuero calculados a partir de
los resultados obtenidos en las corridas con el DTM 1.5.
PALABRAS
CLAVE: Destructor
termomecánico, pastas alimenticias
AN INDUSTRIAL EQUIPMENT FOR PROCESSING ALL TYPES OF
FOOD AND ANIMAL WASTE
SUMMARY
In this paper a prototype of
processing plant for preparing feeding paste from slaugther-house, death
animals, kitchen refuses and other wide range of contaminated materials is
described. This equipment has been researched and developmed in
KEY WORDS: Batch cooker,
protein paste
INTRODUCCION
El
procesamiento de animales muertos y desechos de origen animal es una
práctica internacional antigua. De estos desperdicios se obtiene harina
de carne y hueso y pasta proteica en forma de crema con alto contenido de
humedad. Ambas fuentes, de alto valor biológico, pueden ser usadas en la
alimentación animal. La técnica más difundida es la que
emplea destructores (de lotes) en los cuales los materiales se esterilizan a
130 °C (Oosterom 1985).
Los
microorganismos esporógenos, tales como el Clostridium y las bacterias
proteolíticas son los más resistentes al tratamiento
térmico Heldman y Singh (1981). Estos son criterios importantes para las
decisiones veterinarias respecto al procesamiento de desperdicios de animales.
Por ejemplo el Bacillus anthracis sobrevive a temperaturas de
pasterización de 90 °C.
En destructores usados en Hungría se procesa este tipo de
material a 130 °C (403 K) a presiones de 0,2 MPa durante 0,5 h (Szovatay
1982).
La
transformación de los desperdicios en pasta tiene algunas ventajas con
respecto a la clásica producción de harina:
-
Mayor valor biológico de los nutrientes obtenidos
-
Ahorro considerable de energía
- Disminuye el peligro de contaminaciones ulteriores
del alimento
-
Menor volumen y complejidad del equipamiento
Para
las condiciones de Cuba esta tecnología es idónea ya que
además de las bondades anteriores se adapta fácilmente a las
plantas procesadoras actuales y a los sistemas de distribución
líquida de las granjas porcinas existentes en el país.
En
este trabajo se evaluó el destructor DTM-1,5 descrito por Pineda (1991)
y se determinaron los parámetros de explotación para destructores
de mayor capacidad; asimismo se describe la inserción de los
destructores cubanos modelo DTM en una planta procesadora para tratar todo tipo
de desperdicios alimenticios.
MATERIALES
Y METODOS
Se
utilizó para la evaluación el destructor prototipo DTM-1,5; cuyo
diseño fue descrito por Pineda (1991). El prototipo usado posee un agitador que gira a bajas revoluciones,
apoyado en dos rodamientos, y que está formado por una armazón
tubular por dentro de la cual circula el vapor vivo. En el cuerpo del estator
hay una criba para la descarga del producto y en el mismo se dispone una camisa de calentamiento
para aumentar el área de calefacción total del equipo.
Para
un mismo grado de carga del destructor se midieron los siguientes
parámetros: el tiempo en que se alcanza la temperatura de
esterilización, el tiempo total de proceso, las presiones de trabajo en
los distintos puntos de la instalación, la cantidad de condensado y la
potencia eléctrica real consumida.
Para
el régimen de tratamiento térmico se evaluaron 2 variantes:
a)
Inyección de vapor por la camisa
b)
Inyección simultánea de vapor en la camisa y en el agitador
El
destructor se insertó en una pequeña planta procesadora piloto
que constó de un área de concreto, de 4 x 6 m, con muros
laterales en la cual se deposita la materia prima. Para la carga del equipo se
dispuso un transportador helicoidal con una tolva de carga metálica. La
presión del vapor se limitó a 0.4 MPa con una válvula de
seguridad y se colocaron manómetros industriales para registrar las
presiones en los diferentes puntos de la instalación. Se ubicaron
trampas de vapor para la extracción del condensado y 2
dinamómetros para pesar la cantidad de condensado producido en la camisa
y en el agitador del destructor.
Finalmente
se instaló una tubería de apróximadamente 10 cm de
diámetro interno para descargar el producto en un tanque de almacenamiento
de la pasta.
RESULTADOS
Y DISCUSION
Los
resultados de la evaluación del prototipo DTM-1,5, mostraron que el
gasto de vapor es inferior en el agitador que en la camisa, lo que coincide con
los resultados obtenidos por Famfule y Michalec (1981), con el destructor checo
OJA1782.08. Todo parece indicar que las características constructivas
del agitador no favorecen el flujo libre del condensado producido. Este
está constituido de una armazón de tubos de flujo discontinuo.
Tabla 1. Resultados de la evaluación con cadáveres y desechos de cocina, medidos en el destructor DTM-1,5
| Parámetro | Material Procesado | ||||
| Cadáveres y residuos de Desechos de cocina mataderos | |||||
| Materia seca, % | 33,3 ± 3,3 | 26,5 ± 2,8 | |||
| Temperatura de | |||||
| esterilización, °C | 130 | 121 | |||
| Cantidad de | |||||
| condensado, kg | 117 ± 10 | 226 ± 13 | |||
| Cantidad de calor, MJ | 357 ± 10 | 689 ± 17 | |||
| Consumo de combustible, | |||||
| kg/t de materia prima | 10,7 ± 0,8 | 11,1 ± 0,8 | |||
| Tiempo de proceso, h | 0,52 ± 0,05 | 0,72 ± 0,08 | |||
| Consumo de potencia, kW | 9,5 ± 1,1 | 9,0 ± 1,1 | |||
Por
otra parte, como era de esperar, el tiempo total de proceso fue más alto
con la inyección de vapor por la camisa, que con la inyección
simultánea de vapor por la camisa y el agitador; por esto en lo sucesivo
se hará referencia a las pruebas con vapor simultáneo en camisa y
agitador. Las mediciones realizadas en el prototipo procesando animales muertos
y desechos de cocina se muestran en la tabla 1.
Como
se observa en la misma, aún cuando la temperatura de
esterilización es menor, el tiempo de proceso y el consumo de
energía son mayores para los desechos de cocina que para los
cadáveres de animales. Esto puede estar influído por la menor
materia seca de los desechos de cocina y al mayor contenido de grasa de los
cadáveres de animales.
Con
los resultados de esta tabla y aplicando el procedimiento de cálculo
para flujos no estacionarios propuesto por Kern (1975), se obtuvieron los
coeficientes de transferencia para cadáveres y desechos de cocina del
prototipo DTM-1,5 que aparecen en la tabla 2. Es posible lograr el mejoramiento
del coeficiente άce con el cambio del diseño constructivo del
agitador, de modo que se facilite el flujo y la extracción del
condensado; por medio de una armazón de tubos en espiral continuo.
El
cálculo de los parámetros para el modelo DTM de mayor capacidad a
partir del prototipo DTM-1,5; requiere integrar criterios teóricos y
empíricos adicionales. Se aplicó la ecuación de flujo no
estacionario estudiada por Kern (1975):
ln Tv-To/Tv-T =
άAþ/mC
[1]
Tabla
2. Coeficientes de transferencia de calor del DTM-1,5 calculados para las condiciones de procesamiento de
cadáveres y desechos de cocina
| Material | Área de | Cantidad de | Coeficiente de | |
| procesado | calefacción | materia prima | transferencia | |
| m² | kg | άce [W.m-2.K-1] | ||
| Cadáveres y residuos | 11 | 700 | 173 ± 23 | |
| de mataderos | ||||
| Desechos de | 11 | 1000 | 182 ± 23 | |
| cocina |
Se usaron otros elementos de
cálculo basados en las formulas de Chilton
et al (1964) para recipientes
con agitación calentados con serpentines. Ademas se consideró que
los materiales procesados son del tipo nonewtonianos y se asumió
según Lijachov (1967) una viscosidad para los desperdicios procesados a
60 °C de ¸ 271. 10 -5 m²/s y un peso específico de 1060
kg.m-3. Con estos elementos se dedujo la fórmula:
1/3 2/3
άp/άI = [Dp/DI]
[np/nI]
[2]
Mediante
las fórmulas 1 y 2 se obtuvieron los parámetros de la tabla 3,
y
si se asume que la velocidad de rotación del prototipo DTM-1,5 es de 34
min-1; que son iguales las velocidades perisféricas del agitador para
cualquier tamaño del destructor; y conociendo que en el prototipo D/L=
0,440 (para el agitador) y D/L= 0,675 (para la camisa). Los Nos 1,5; 2,7;y 5,5
de los modelos se refieren a la capacidad útil de los destructores.
Los
valores de ÓI se calcularon conforme a la fórmula [2]. Las
temperaturas de esterilización en el prototipo y en el modelo
industrial
son iguales, por lo que mediante la fórmula [1] se puede predecir el tiempo
de proceso para otros tamaños del destructor,
a
partir del coeficiente de transferencia άce.
Tabla
3. Área de calefacción y valores del coeficiente ά en los
destructores DTM, para el procesamiento de cadáveres o desechos de
cocina
| Modelo | Material | Area | Carga | t | άP/άI | άI/[W.m-2.K-1] |
| m2 | kg | h | ||||
| Cadáveres | 700 | 0,52 | 173±23 | |||
| DTM-1,5 | Desechos | 11 | 1 | |||
| de cocina | 1000 | 0,72 | 182±23 | |||
| Cadáveres | 2000 | 0,73 | 170±20 | |||
| DTM-2,7 | Desechos | 20 | 1,02 | |||
| de cocina | 2700 | 0,94 | 178±20 | |||
| Cadáveres | ||||||
| 5000 | 1,05 | 142±19 | ||||
| DTM-5,5 | Desechos | 42 | 1,22 | |||
| de cocina | 5500 | 1,09 | 149±19 |
El consumo de calor del equipo (en un
lote) se puede determinar por la fórmula:
Q = mC_T
[3]
Por otra parte, las pérdidas de
calor a la atmósfera según Chupathin y
Dormenko (1975), se
determinan con bastante aproximación por:
Q' = Ac άo (Tv - Ta)
[4]
Los consumos de vapor y combustible de
diferentes modelos DTM,
al trabajar con
desechos de cocina o cadáveres de animales, con y sin
recuperación de vapor se dan en la tabla 4.
Tabla 4. Indicadores energéticos de
los destructores DTM
| Modelo | Consumo de combustible, kg.t-1 | |||||
| Recuperación del | Sin recuperación | Consumo de vapo | ||||
| Condensado a 80 °C | del condensado | kg.h-1 | ||||
| Desechos | Cadáveres | Desechos | Cadáveres | Desechos | Cadáveres | |
| de cocina | de cocina | de cocina | ||||
| DTM-1,5 | 17,3 | 10,6 | 19,2 | 12 | 226 | 191 |
| DTM-2,7 | 12,2 | 10,5 | 13,9 | 9,6 | 470 | 388 |
| DTM-5,5 | 12,2 | 10,5 | 13,9 | 12 | 827 | 675 |
Se observa que el consumo de
combustible se reduce cuando se recupera
el condensado a 80 grados
Celsius y que los desechos de cocina
requieren mayor gasto de combustible
y vapor que los cadaveres de animales. Es interesante señalar que para
los desechos de cocina, el consumo de combustible tiende a disminuir a partir
del modelo DTM2,7. Lo mismo no ocurre con los animales muertos; esto
sugiere que a mayor escala de producción para este material hay una
utilización más eficiente de la energía.
La recuperación del
condensado es un factor importante para el ahorro de la energía del
destructor. Como es sabido la alimentación de las calderas se realiza
con agua tratada (o condensada) a una temperatura no mayor de 80 °C, por
esto es necesario usar el condensado que sale
del equipo para precalentar
la materia prima, el agua tratada, el
agua de servicio social u otra, hasta permitir su reincorporación
en la caldera.
Los datos técnicos de
los destructores cubanos DTM se muestran en la Tabla 5. Evidentemente los
valores del coeficiente άce deben aumentar al introducir las mejoras
constructivas en el agitador (espiral tubular continua) y por tanto deben disminuir
los tiempos de proceso para las condiciones dadas.
Tabla 5. Datos
técnicos de los destructores DTM
Datos técnicos Modelo de destructor
| DTM-1,5 | DTM-2,7 | DTM-5,5 | ||
| Carga útil, m3 | 1 | 2,7 | 5,5 | |
| Peso del equipo, t | 3,2 | 4,7 | 10,6 | |
| Diámetro del agitador, mm | 805 | 950 | 1450 | |
| Velocidad de agitación, rad-1 | 1,99 | 1,6 | 3,57 | |
| Area de calefacción, m2: | ||||
| Camisa | 6 | 9,5 | 17,5 | |
| Agitador | 5 | 17,8 | 27,5 | |
| Total | 11 | 27,3 | 42 | |
| Potencia instalada, kW | 11 | 17 | 30 | |
Las
ventajas de las pastas proteicas para la alimentación porcina, obtenidas
a partir del procesamiento de cadáveres de animales en destructores tipo
DTM han sido señaladas con anterioridad, en los trabajos sobre
composición química, conservación con mieles de caña
o ácido sulfúrico; y comportamiento zootécnico, realizados
por Domínguez et al (1986).
CONCLUSIONES
De
acuerdo con los estudios realizados se puede sugerir lo siguiente:
1-
La producción de pasta alimenticia, en especial a partir de animales
muertos y residuos de cocina se posibilita con el equipamiento analizado en
este trabajo.
2-
Los destructores cubanos modelos DTM poseen buena calidad técnica e higiénico-sanitaria para
constituir líneas de procesamiento de cadáveres y desechos de
cocina.
3-
El uso más eficiente de estos equipos es con la recuperación del
condensado a 80 °C.
4-
Se recomienda la construcción del agitador como un serpentín
tubular contínuo para mejorar la eficiencia de la transmisión
calórica del destructor.
5-
La planta procesadora propuesta reúne las condiciones de
ingeniería sanitaria y ambiental para el tratamiento de desperdicios
alimenticios de bajo y alto riesgo de contaminación.
BIBLIOGRAFIA
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T H, T B Drew y R H Jebenns 1944. Industrial and engineering chemistry. 36:510-516.
Domínguez,
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