Diseño y construcción de una Unidad Liofilizadora y su aplicación en la obtención de la leche en polvo

Abstract

Esta investigación se desarrolló con el objetivo de brindar una alternativa tecnológica, debido que esta unidad liofilizadora piloto es multifuncional, ya que nos permite realizar las etapas de congelación, desecación primaria ( Sublimación ) y desecación secundaria ( Desorción ) de diversos productos, permitiendo el estudio de curvas de liofilización en aplicación industrial y además el mercado exige cada vez mejores productos siendo estos los liofilizados que elaborándolos con calidad tendrán vida útil aproximadamente de 2 años sin cuidados especiales de almacenamiento y con todas sus propiedades. El equipo cuenta con un volumen de 0,0455 m3, está fabricado a base de planchas de acero inoxidable ANSI 304 cortadas y soldadas según el diseño: un cuerpo cilíndrico - enchaquetado con un cierre hermético, un visor en la frontis del equipo, en su interior posee dos bandejas (Material de aluminio), un sistema de calefacción que permite el intercambio de calor con la ayuda del anticongelante o refrigerante que tiene como característica su temperatura de ebullición a 129°C y temperatura de congelación a -37°C , un sistema de congelación conformado por un condensador con un motor de ½ Hp, un evaporador , un refrigerante R - 404A que alcanza una temperatura de ebullición de -46.45°C, un termostato, un vacuómetro y la bomba de vacío de 2Hp que alcanza una presión máxima de 0.5 mBar (0.375mmHg) para el proceso de sublimación. Todos los componentes eléctricos están ordenados y situados en el panel de comando, por ende, el equipo está conformado por sub-sistemas; cámara de trabajo, sistema de bandeja, sistema de calentamiento, sistema de vacío, sistema de refrigeración y el sistema de control. Construido el equipo se realiza las pruebas de validación para el diseño de ingeniería donde se demuestra el funcionamiento de la unidad liofilizadora, aplicado para la obtención de la leche en polvo (leche anhidra) planteando ocho (08) pruebas con tres (03) repeticiones para las variables a evaluar: Temperatura de congelación, Presión de vacío y Tiempo de liofilización en función de la humedad removida del producto. Se le asigna los valores de -5 °C, -15°C y -25°C para la temperatura de congelación, por un tiempo de 2 horas para garantizar su congelación completa, posteriormente se realiza la Desecación Primaria (Sublimacion) en donde se elimina la mayor parte del agua libre, entre un 75-90% (Según bibliografía es la cantidad de agua eliminada en esta etapa), se genera un vacío de 1 mmHg, 3 mmHg y 4 mmHg, luego con la ayuda del sistema de calefacción se empieza a elevar la temperatura de las bandejas gradualmente partiendo de una temperatura entre 16 a 18 C° hasta una temperatura constante de 25°C y en la desecación secundaria a una temperatura entre 35°C a 50°C, se debe considerar que la degradación de la Caseina es aproximadamente a partir de una temperatura de 60°C, se procede a realizar las variaciones según las condiciones ambientales en que se encuentra la Ciudad de Arequipa-tomando como referencia a SENAMHI durante los siguientes tiempos de desecación primaria ( Sublimación ) 3h, 6h y 9h, transcurrido este tiempo se procede con la siguiente etapa, Desecación Secundaria ( desorción ó Evaporación ) durante un tiempo de 4 horas se mantiene constante la temperatura alcanzada para terminar de eliminar el agua libre de la leche. Según los resultados experimentales esperados se debe mantener las propiedades fisicoquímicas y organolépticos del producto, con una humedad menor al 4%, conforme a la norma técnica peruana NTP-202.001. Siendo nuestros mejores valores obtenidos en la PRUEBA 5, donde las variables independientes son: temperatura de congelación de -25°C, presión de vacío de 1 mmHg y tiempo de liofilización de 15h; obteniendo así una humedad final removida del 86.46% de leche, lo que nos permite determinar una eficiencia de la unidad liofilizadora 98.09%.