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 Cuba since 1987. The necessity of preventing the environment pollution and the economical use of all protein source for enhancement of pig production whith minimum cost was the reason of such instalation development. A batch cooker type DTM is the basic machine of the whole technological process. A detailed analisys include the conditions of heat exchange, structural and operationals parameters of a piloto line with a prototype of cuban destructor DTM-1,5 model. Expected parameters of industrial batch cooker of 2,7 and 5,5 t. of capacity were calculated on the basis of measure data.  animal refuses; death animals; batch cooker; sterilization; protein paste.

 

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
    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

 

Chilton, T H, T B Drew y R H Jebenns 1944. Industrial and engineering chemistry. 36:510-516.

 

Domínguez, P L, V Mártinez, A Pérez y A Maylin 1986. Utilización digestiva de la proteina de cadáveres de cerdos ensilados con ácido sulfúrico. V Reun ACPA, La Habana (Resúmenes) p 34.

 

Famfule, F y  J Michalec 1981. Vyhodnoceni destructoru D8 m3 instalovanich ve VAU Podborany. UVAU, Praha, pp 19.

 

Heldman, D R y R P Singh 1981. Food processing engineering. Second ed AVI Publishing Co. Inc. Westport, USA. pp 10.

 

Kern, D Q 1975. Procesos de transferencia de calor y de estado  inestable. Inst Libro, Segunda edición, La Habana.

 

Lijachov, F S 1967. Pnevmaticheskaya transportirovka poluchidkij kormov. Izdatielsvo mashinostroenie, Moskva, 89 p.

 

Oosterom, J 1985. Guideline on the hygienic disposal and rendering of animal wastes to protect human and animal health. Publication

         WHO/VPH.

Pineda, A V 1991. Tecnología integral para le producción de pienso líquido con alto nivel proteico en Cuba. (Trabajo de doctorado), Univ Agric Praga, pp92 .

 

Szovatay, G Y 1982. A system for safe disposal of animal wastes in Hungarian Ministry of Agriculture and Food. Budapest, IV Proc Intern Congr Animal Hyg. High Tatras, p. 325- 327.