Optimización y diseño del proceso de pasteurización para la elaboración de horchata

Abstract

El Presente proyecto se redacta con carácter de Proyecto de Fin de Carrera, para la obtención del título de Ingeniero Químico. El proyecto se basa en la descripción de una planta de elaboración de horchata y la optimización del proceso de Pasteurización de una empresa ubicada en Meliana (Valencia) que pertenece al Consejo Regulador de la Denominación de Origen Chufa de Valencia. La optimización del proceso se lleva a cabo dimensionando los equipos implicados, calculando el coste estimado de cada uno de ellos y estimando el ahorro energético. Es importante destacar que la elaboración y composición de la horchata de chufa se regula por el Real Decreto 1338/1988, de 28 de octubre, por el que se aprueba la Reglamentación Técnico-Sanitaria para la Elaboración y Venta de Horchata de Chufa y sus posteriores modificaciones, siendo la última de ellas la del 29 de marzo de 2013. La optimización del proceso se lleva a cabo debido a la necesidad de la empresa de sustituir el equipo de Pasteurización que tradicionalmente operaba en la planta. El proceso original de Pasteurización de horchata que utiliza la empresa se muestra en la Figura 1. En este proceso se observa que existe un intercambiador de calor de carcasa y tubos, una caldera y un tubo de mantenimiento. En el proceso, un caudal másico de 4000 kg/h la horchata se calienta desde 25 ºC hasta 85º C, temperatura requerida para la realización del proceso de pasteurización, utilizando agua caliente generada por una caldera de gas-oil. Debido a la necesidad de sustituir el intercambiador de carcasa y tubos, y conociendo que se dispone de horchata a 75ºC que se requiere enfriar en la etapa posterior, se plantea la necesidad de incorporar un nuevo intercambiador de calor que utilice dicha energía para precalentar la misma. De esta forma, se mejora la eficiencia de proceso y se produce un ahorro energético en la caldera ya que se requerirá menos combustible. El nuevo proceso se diseña para procesar la misma cantidad de horchata que el caso original (4.000 kg /h de chufa) y la operación se llevará a cabo del siguiente modo: La horchata es bombeada desde un tanque de almacenamiento a un intercambiador de placas, donde se precalienta con el calor que cede la horchata ya pasteurizada, a continuación, la horchata es calentada hasta la temperatura de pasteurización en un intercambiador de carcasa y tubos con agua sobrecalentada y mantenida a esta temperatura durante el tiempo necesario para completar el tratamiento de pasteurización en un tubo de mantenimiento. Un esquema del nuevo proceso se muestra a continuación en la Figura 2 donde se indican los datos de entrada del proceso (datos proporcionados por la empresa). Es importante destacar el fuerte acoplamiento existente entre los tres equipos principales del proceso que son el intercambiador de calor de placas, el intercambiador de calor de carcasa y tubos y la caldera de gas-oil para calentar el agua. Por lo tanto, el objetivo final es diseñar un nuevo proceso más eficiente que permita un ahorro económico a la empresa en cuestión. Las variables que se consideran en el análisis son: - Diseño y coste del intercambiador de placas. - Diseño y coste del intercambiador de carcasa y tubos. - Ahorro en la caldera de gas-oil. Destacar que el objetivo final del presente proyecto fin de carrera es la optimización de un nuevo proceso de Pasteurización al existente en la empresa. Para la valoración del nuevo proceso se tienen en cuenta los costes de cada uno de los equipos y el ahorro que suponen, pero estos costes son estimados y no deben de ser considerados como definitivos. El precio final de los equipos tendrá que ser proporcionado por fabricantes de intercambiadores de calor. De igual manera, al tratarse de un proyecto de optimización y mejora de proceso, no se han considerados cálculos de las conexiones de los equipos ni la obra civil, por lo que la elaboración de los planos de los intercambiadores de calor está fuera del alcance del presente proyecto.