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UNIVERSIDAD PÚBLICA DE NAVARRA
Gestión eficiente del uso del agua y la energía en la
industria lechera: Elaboración de yogur
Marcos Ballat, Eva Purroy y Mayte Tapiador
09 de junio del 2014
Tecnologías y usos eficientes del agua y la energía en las IAA’s
Universidad Pública de Navarra Marcos Ballat, Eva Purroy y Mayte Tapiador
2
ÍNDICE
1. Introducción ............................................................................................................ 3
1.1. Sector Lácteo Español ..................................................................................... 3
1.2. Proceso productivo .......................................................................................... 6
2. Mejores técnicas disponibles ............................................................................... 11
2.1. Guías MTD ..................................................................................................... 11
2.2. Consumos de agua y energía en el proceso productivo ................................ 14
2.2.1. Consumo de energía ............................................................................... 14
2.2.2. Consumo de agua ................................................................................... 16
3. Oportunidades de ahorro ..................................................................................... 17
4. Caso práctico en la Industria Yogurtera ............................................................... 20
5. Bibliografía ............................................................................................................ 26
Universidad Pública de Navarra Marcos Ballat, Eva Purroy y Mayte Tapiador
3
1. Introducción
1.1. Sector Lácteo Español
El sector lácteo comprende todas las empresas dedicadas a la producción de leche
y elaboración de derivados lácteos. Siguiendo la nueva Clasificación Nacional de
Actividades Económicas (CNAE 2009), esta actividad está incluida en la División 10.5
"Fabricación de productos lácteos", dentro de la cual se engloban las siguientes
actividades [1]:
CNAE 10.5 Fabricación de productos lácteos
CNAE 10.52 Elaboración de helados. En este apartado se recoge la fabricación de
helados y productos similares como sorbetes.
CNAE 10.53 Elaboración de quesos. Incluye la producción de queso y cuajada.
CNAE 10.54 Preparación de leche y elaboración de otros productos lácteos. En este
apartado se recoge la producción de leche líquida fresca, pasteurizada, esterilizada,
homogeneizada o tratada a altas temperaturas, etc., así como la elaboración de nata,
leche en polvo o concentrada, mantequilla, caseína y lactosa, yogures y similares.
La elaboración de batidos a base de leche no está incluida en este grupo, sino en el
CNAE 11 “Fabricación de bebidas”.
El objetivo perseguido con la realización de este trabajo es analizar el sector lácteo
español, en concreto la Industria elaboradora de Yogures, para intentar mejorar el uso
eficiente de agua y energía de dicha industria.
En la Tabla 1, se muestra la evolución del número de empresas del sector lácteo en
España [1].
Se puede observar que en la mayoría de las industrias lácteas tienen un número
reducido de trabajadores, véase que en el año 2011 se contabilizaban 1.563 empresas,
de las cuales, 539, contaban con un personal de 1 a 9 trabajadores, lo que significa un
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48,05 % del total; y solo 20 de ellas, superaban los 199 trabajadores, es decir un 1,28 %
del total.
A la vez, en un período de 10 años, el número de empresas de la industria láctea
ha decrecido un 7,68 %, lo cual es un dato preocupante, ya que esta industria es un
sector fundamental en la economía del país.
Tabla 1. Número de empresas de la Industria Láctea [1]
CNAE 2009 ESPAÑA
AÑO TOTAL Sin asalariados 1-9 10-199 Más de 199
1999 1.631 587 796 222 26
2000 1.651 601 798 225 27
2001 1.693 578 861 231 23
2002 1.705 594 865 224 22
2003 1.688 585 836 245 22
2004 1.664 569 818 256 21
2005 1.643 571 805 249 18
2006 1.670 578 820 251 21
2007 1.627 545 809 253 20
CNAE 2009 ESPAÑA
AÑO TOTAL Sin asalariados 1-9 10-199 Más de 199
2008 1.601 540 786 254 21
2009 1.587 520 789 259 19
2010 1.574 524 771 256 23
2011 1.563 539 751 253 20
A continuación en la Figura 1 se muestra la distribución de la producción de
leche por comunidades autónomas. Donde se observa que Galicia es el mayor
productor de leche de España con una producción del 39 %, seguido de Castilla y León
y Andalucía [3].
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5
Figura 1. Producción de leche distribuida por comunidades autónomas en el año 2012
[3].
A continuación en la Tabla 2 se muestra la producción de leche en los últimos 10
años y que parte de ésta se destina para la elaboración de yogures [3].
Los datos más relevantes que se pueden deducir del análisis de la Tabla 2 son:
A) Leche recogida: en un intervalo de 10 años, se observa un crecimiento
prácticamente continuo (excepto en 2007 y 2009 que disminuyen) de la leche recogida
en España, de la que aproximadamente un 88% procede de la vaca, un 6% de la oveja y
un 6% de la cabra.
B) Leche acidificada: la fabricación de yogur supone una proporción aproximada
del 11% de toda la leche recogida, en la que se van a producir dos tipos de yogures:
naturales y otros (frutas, sabores…). El uso de la leche recogida para la fabricación de
yogures ha seguido un crecimiento continuo hasta el año 2007, momento dónde se
llegaron a recoger 814.000 toneladas de leche (12,47 % del total). A partir de dicho
año, comenzó a decrecer, hasta valores de 760.800 toneladas en el año 2010, es decir,
un 6,53 % menos que en el año 2007. La fabricación de yogures naturales ha seguido
un comportamiento fluctuante, con periodos de crecimiento y periodos de
decrecimiento, destacando el año 2002 en el que se destinó un 37,6 % de la leche
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recogida a la elaboración de yogur natural, y el año 2006, en el que sólo se empleó un
16,5 %.
Tabla 2: Producción de leche y productos lácteos (miles de Tm) [3]
PRODUCTO 2000 2002 2004 2006 2007 2008 2009 2010
LECHE
RECOGIDA 6.100,8 6.421,5 6.656,9 6.632,0 6.526,7 6.607,8 6.511,1 6.603,14
Vaca 5.453,9 5.697,0 5.921,5 5.863,0 5.764,6 5.862,7 5.768,6 5.887,34
Oveja 304,8 348,6 357,3 392,2 378,2 375,5 373,9 378,0
Cabra 342,1 375,9 378,1 376,8 383,9 369,6 368,6 337,8
LECHE
ACIDIFICADA
(yogur y otras)
593,9 614,4 767,2 797,3 814,1 803,0 793,8 760,8
Natural 179,3 231,0 260,3 131,8 154,0 156,6 231,9 230,5
Otros (sabores,
frutas…) 414,6 383,4 506,9 665,5 660,1 646,4 561,9 530,3
1.2. Proceso productivo
Según el Real Decreto 179/2003, se entiende por yogur, el producto de leche
coagulada obtenida por fermentación láctica mediante la acción de Lactobacillus
bulgaricus y Streptococcus thermophilus a partir de leche pasterizada, leche
concentrada pasterizada, leche total o parcialmente desnatada pasterizada, leche
concentrada pasterizada total o parcialmente desnatada, con o sin adición de nata
pasterizada, leche en polvo entera, semidesnatada o desnatada, suero en polvo,
proteínas de leche y/u otros productos procedentes del fraccionamiento de la leche [4]
[5].
El yogur puede prepararse con leche de cabra, de oveja y de burra aunque el más
extendido es el fabricado con leche de vaca, siendo ésta la leche fermentada más
conocida. Existe una gran variedad de tipos de yogur en función de su consistencia
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(coagulados, líquidos, mousse), composición (desnatados, semidesnatados, normales,
enriquecidos) o sabor (natural, con azúcar, con sabores, con fruta, etc.) [4] [5].
En la Figura 2 se puede observar el diagrama de flujo que sigue la elaboración de
yogur, teniendo éste dos vertientes: la elaboración de yogur firme o la elaboración de
yogur batido. Seguidamente se explicará cada etapa del proceso resumidamente, en
donde se hará distinción entre la elaboración del yogur firme y el yogur batido.
Figura 2. Diagrama de flujo para la elaboración de yogur firme y yogur batido [5].
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YOGUR
Recepción de la leche: la leche cruda debe poseer una alta calidad bacteriológica,
teniendo un contenido bajo en bacterias y sustancias que puedan impedir el desarrollo
de los cultivos típicos del yogur, como pueden ser antibióticos, residuos de sustancias
de limpieza, enzimas… [6]
Estandarización de la leche: el contenido de grasa y sólidos de la leche se
estandariza de acuerdo con las normas de la FAO y la OMS, con el que se obtiene una
clasificación de tres tipos de yogur [6]:
Yogur: contenido graso mínimo de 3,5 %.
Yogur semidesnatado: contenido graso entre el 1 y 2 %.
Yogur desnatado o bajo contenido en grasa: contenido graso máximo de 0,3 %.
Adición de edulcorantes: la principal finalidad de la adición de edulcorantes es
atenuar la acidez del producto y estos deben de ser capaces de resistir a la posterior
pasteurización a la que será sometida la leche [6].
Desaireado: esta etapa se realiza para eliminar el aire que se ha sido incorporado
durante las fases de estandarización y adición de edulcorantes [6].
Homogenización: es necesario evitar la separación de la grasa durante la
fermentación y durante el almacenamiento y transporte del yogur [6].
La leche es una emulsión de grasa en agua y la finalidad de la homogeneización es
reducir el tamaño de la fase discontinua, es decir, de los glóbulos grasos, para
conseguir una emulsión estable.
El diámetro de los glóbulos grasos de la leche varía entre 1 y 20 micras,
dependiendo de los mismos factores que modifican la composición: raza, tipo y
sistema de alimentación, edad del animal, fase de lactación, etc. [6].
En el proceso de homogeneización, el diámetro medio de los glóbulos grasos se
reduce a menos de 2 micras, otorgando una mayor viscosidad y brillantez al yogur. La
leche entra al homogeneizador a una temperatura entre 50-60oC [6].
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Pasteurización: los objetivos de esta etapa son [7]:
Eliminar las formas vegetativas de los microorganismos patógenos.
Destruir o reducir hasta un número aceptable los microorganismos
alterantes.
Reducir la población microbiana total para que no interfiera con el
desarrollo de las bacterias lácticas del cultivo iniciador.
Desnaturalizar las proteínas del suero para mejorar la textura del producto
final y para evitar la separación de suero durante la conservación del yogur
(especial importancia en el yogur firme, por lo tanto, no en nuestro caso).
Hidratar los estabilizantes que se disuelven en caliente.
Estos objetivos se alcanzan en la sección de calentamiento de un intercambiador
de calor de placas o tubular, en donde la preparación inicial se calienta como mínimo
hasta los 80oC.
El tratamiento térmico que se va aplicar en nuestro caso es aquel que asegura las
óptimas propiedades hidrofílicas de las proteínas, y por tanto, las ideales para la
coagulación, la cual se obtiene calentando la leche a 85oC durante 30 minutos, aunque
existen otros tratamientos como son:
90-95oC durante 5-10 minutos.
120oC durante 3 -5 segundos.
Refrigeración: una vez que la leche ha recibido el tratamiento térmico, es necesario
enfriarla hasta una temperatura adecuada para la siembra del cultivo. La temperatura
óptima para dicha siembra es de 43oC [6].
Adición de fermentos: se inocula el cultivo Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus
thermophilus. Según el tipo de yogur (firme o batido), la incubación se realizará en el
envase o en tanques de coagulación [6].
Llegados a esta etapa el proceso productivo sigue dos líneas distintas para la
elaboración de yogur firme o yogur batido.
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YOGURT BATIDO:
Fermentación: la leche se incuba en grandes tanques de fermentación a
temperaturas entre 42-43oC, durante dos horas y media o tres.
El proceso de fermentación se interrumpe cuando el pH de la leche es
aproximadamente de 4,2-4,4 [8].
Refrigeración: el contenido del tanque se enfría haciendo pasar al producto por un
intercambiador de placas o tubular, donde se consigue el enfriamiento rápido del
yogur hasta una temperatura de 18-20oC, en la que se detiene la actividad microbiana
[8].
Batido: consiste en la rotura del coagulo/gel y la reincorporación del lactosuero .Es
una operación que sólo se realiza en la fabricación de yogures batidos y yogures
líquidos para beber, teniendo una apariencia como la Figura 3 [6].
Figura 3. Apariencia del yogur desnatado batido [8].
Envasado y tapado: una vez que el yogur se encuentra batido, se pasará a la etapa
de envasado aséptico del producto.
Refrigeración y almacenamiento: el producto final deberá estar en todo momento
refrigerado a una temperatura de 4oC.
Expedición: al igual que en todo el proceso productivo, el producto final deberá ir
camiones refrigerados a una temperatura de 4oC para mantener sus condiciones
óptimas y no desarrollar reacciones no deseadas.
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YOGURT FIRME:
Envasado y tapado: una vez que se han añadido los fermentos, se pasara al
envasado aséptico del yogurt.
Fermentación: se realiza en una cámara de incubación y durará de dos a seis horas
dependiendo del grado de acidificación que se pretenda alcanzar (generalmente un pH
inferior a 4,6) y de la cantidad de cultivo que se añadió [8]. El yogur final tendrá una
apariencia como la Figura 4.
Refrigeración, almacenado y expedición: estas tres etapas serán las mismas y se
realizaran en igualdad de condiciones que para la elaboración de yogurt batido.
Figura 4. Apariencia del yogurt firme [9].
2. Mejores técnicas disponibles
2.1. Guías MTD
Son desarrolladas para la prevención y control integrado de la contaminación con
el objetivo de reducir y prevenir los impactos que las actividades industriales producen
en el medio ambiente en su conjunto (atmósfera, agua y suelo) [10].
Son técnicas especialmente eficaces desde el punto de vista ambiental, por su
reducido consumo de recursos o bajo impacto ambiental, y son viables en el ámbito
técnico y económico para cualquier industria afectada por la Ley IPPC [10].
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La Figura 5 muestra un posible esquema del proceso de identificación de MTD’s
aplicable en el sector agroalimentario.
Los parámetros considerados para la identificación de estas técnicas son [10]:
Generar pocos residuos.
Utilizar sustancias menos peligrosas.
Fomentar la recuperación.
Reducir el uso de materias primas.
Aumentar la eficacia del consumo de energía.
Disminuir el riesgo de accidentes.
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Figura 5. Diagrama de sección de una MTD [10].
La actividad de la industria agroalimentaria láctea afectada por la Directiva IPPC es
[10]:
Tratamiento y transformación de la leche, con una cantidad de leche recibida
superior a 200 T/día (valor medio anual).
Además, la puesta en práctica de los principios de ésta norma requiere una
importante fase previa de recopilación de información, con el fin de establecer cuáles
son las Mejores Tecnologías Disponibles, desde el punto de vista medioambiental, para
cada proceso productivo en particular y, lo que no es menos importante, en la
situación específica de cada país miembro de la UE [10].
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2.2. Consumos de agua y energía en el proceso productivo
Se ha de tener en cuenta antes de entrar en profundidad, una visión global de los
aspectos frente a las etapas productivas donde habitualmente pueden encontrase
impactos ambientales asociados.
Las etapas en las que más se consume agua y energía en el proceso de elaboración
del yogur son las expuestas a continuación.
2.2.1. Consumo de energía
Incubación: puede darse en:
o Fermentación en los envases: se utiliza en la fabricación de yogur coagulado
o yogur firme, en donde los pallets de envases se introducen en las cámaras
de incubación calentadas por aire.
o Fermentación discontinua en tanques: es la técnica más eficiente desde el
punto de vista productivo y energético. La incubación se realiza en tanques
de fermentación y una vez finalizada, el yogur se enfría y se envasa.
Se utiliza preferentemente para la fabricación de yogures líquidos, aunque se
puede utilizar para yogures coagulados si se le añade a la leche agentes estabilizadores
Ambas incubaciones requieren unas condiciones de temperatura (42–45oC)
durante periodos de tiempo que pueden variar entre 2,5 y 3 horas [12].
Refrigeración: existen dos sistemas de refrigeración principales, los túneles de
enfriamiento de aire seco para yogur firme en donde se hace descender la
temperatura del producto hasta 15oC, y los intercambiadores de placas, para el
yogur batido.
Pasteurización: se produce un gran consumo de energía térmica, que puede llegar
a suponer hasta un 80 % del consumo total.
Se puede realizar mediante:
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o Intercambiadores de placas: constituidos por una serie de placas
corrugadas paralelas por las que circulan la leche y el fluido caloportador
(agua) en placas alternativas. Dada la pequeña distancia existente entre
placas la superficie de transferencia de calor es muy elevada (Figura 6). Los
extremos de las placas están perforados de manera que se puede dirigir el
flujo de líquido a calentar o enfriar [11].
Este sistema de calentamiento tiene la ventaja de una elevada recuperación de
calor (80-90 %) y ser más baratos que los tubulares. Como inconvenientes cabe
destacar la posibilidad de dañar el producto debido a sobrecalentamiento, la dificultad
de las limpiezas debido a los depósitos de sustancias en los intercambiadores y el
consumo de agua es mayor que en los tubulares [10].
Figura 6. Intercambiador indirecto de placas [10].
De forma común, después del tratamiento térmico se debe realizar un
enfriamiento de la leche para evitar sobrecocciones. La leche pasterizada se refrigera a
una temperatura no superior a 6 °C [10].
o Intercambiadores tubulares: compuestos por dos (vapor-leche) o tres
(vapor-leche-vapor) tubos concéntricos, por los que circulan la leche y el
fluido caloportador [11].
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La superficie de transferencia es menor que en el caso anterior, y las
recuperaciones de calor son inferiores a las obtenidas con los intercambiadores de
placas.
Por lo tanto en la incubación, en la refrigeración, en el almacenamiento
refrigerado y en la pasteurización, los aspectos ambientales que se dan son el consumo
de energía térmica y consumo de energía eléctrica.
2.2.2. Consumo de agua
Limpieza: en la elaboración de yogurt el principal consumo de agua se encuentra
en la limpieza y en los sistemas auxiliares.
Esta industria cuenta con un sistema de limpieza CIP, que consiste en hacer
circular secuencialmente por el interior de tuberías y equipos los diferentes productos
de limpieza desde sus correspondientes depósitos de almacenamiento. Este sistema
puede ser parcial o totalmente automatizado y requiere menor mano de obra que el
sistema manual ya que permite optimizar los consumos de agua, energía y productos
de limpieza necesarios para realizar la operación [11].
En la limpieza CIP, la secuencia completa de limpieza suele ser la siguiente [11]:
Recuperación de residuos de producto mediante drenaje, arrastrándolos con
agua o expulsándolos mediante aire comprimido.
Eliminación de restos de leche o producto mediante enjuague con agua (fría o
caliente).
Eliminación de las grasas adheridas en el sistema mediante limpieza con una
solución alcalina caliente (con aditivos para evitar corrosión del sistema).
Enjuague para eliminar la solución alcalina.
Eliminación de los restos sólidos adheridos a los equipos con una solución ácida
de ácido clorhídrico, nítrico o fosfórico (con aditivos para evitar la corrosión).
Enjuague para eliminar los restos de ácido.
Desinfección, siempre y cuando sea necesario, con una solución química
(hipoclorito, yodoformo, agua oxigenada) o mediante vapor o agua caliente…)
Aclarado final con agua potable si se ha realizado desinfección química.
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En la Figura 7 se puede observar el sistema de limpieza CIP.
Figura 7. Sistema de limpieza CIP [11].
3. Oportunidades de ahorro
Una vez analizadas las etapas donde se produce un mayor consumo de agua y
energía se va a intentar mejorar en la medida de lo posible el uso de dichos recursos
para así poder llegar a un ahorro dentro de la industria a la vez que se realiza un uso
eficiente tanto del agua como de la energía.
Pasteurización: se realizará en intercambiadores de placas ya que como se ha
visto anteriormente suponen una recuperación del calor entorno al 80-90%, lo
que da lugar al aprovechamiento de este calor para la fase de
precalentamiento de la leche sin necesidad de un aporte extra de energía,
además de ser más económicos que los tubulares [10] [11].
Incubación: aunque la fermentación en envases es específica para yogures
firmes, lo que se hará será una incubación discontinua en tanques, ya que esta
técnica es más eficiente.
Para que el yogur firme pueda recibir esta incubación, se le deberá añadir a
la leche agentes estabilizares que soporten dicha fermentación [10] [11].
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Refrigeración: para el caso de yogur firme, se realiza por túneles de
enfriamiento por aire seco hasta que se hace descender la temperatura hasta
los 15oC, se recirculará el aire frio y mejorar el aislamiento del equipo.
En el caso de yogur batido este enfriamiento se hace por el intercambiador
de placas que previamente ha servido para la pasteurización, es decir, en un
mismo equipo se realizan dos etapas [10] [11].
Limpieza de equipos: con el sistema CIP implantado en la industria se optimiza
el consumo de energía; en todo caso, se considera una mejora técnica de la
limpieza la existencia de procedimientos escritos en los que se especifiquen los
tiempos, las características y las frecuencias de las limpiezas, así como se
especifiquen las revisiones y responsabilidades [10] [11].
Además esta industria de estudio utiliza sistema CIP centralizados y una de
las mejores técnicas a aplicar sería el uso de CIP descentralizado como se verá
en la Tabla 3.
Limpieza de superficies: existen una serie de Buenas Prácticas de carácter
medioambiental que se pueden considerar como mejores técnicas de limpieza
disponibles, ya que permiten reducir de forma muy importante los consumos
de agua, energía y productos de limpieza, así como los volúmenes y carga
contaminante de los vertidos correspondientes [10] [11].
Estas mejores técnicas [10] [11] son:
Poner por escrito las operaciones o procedimientos de limpieza.
Evitar la entrada de sólidos en el sistema de evacuación de aguas
residuales.
Utilización de sistemas de cierre automático en mangueras de limpieza.
Utilización de sistemas que permitan el uso combinado de agua y vapor.
Utilización de productos de limpieza menos peligrosos.
En modo resumen, en las Tablas 3 y 4 se incluyen las mejores técnicas
posibles para el consumo de agua en la Industria Yogurtera, en donde se han
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incluido las oportunidades de ahorro anteriormente escritas y otras mejoras
técnicas en una visión general.
Tabla 3. Mejores técnicas disponibles para el ahorro en el consumo de energía en la
industria yogurtera [10]
Consumo de energía
1 Recuperar el calor en las operaciones de tratamiento térmico: reutilización del calor producido en la pasteurización para la etapa del precalentamiento de la
leche a la entrada en intercambiadores de placas
2 Aislamiento térmico de superficies calientes y frías: evitar la humedad, evitar fugas…
3 Medición y control del consumo de energía en las principales áreas de la instalación
4 Optimización de la eficiencia en motores y bombas
5 Disponer de un sistema de cogeneración en aquellas instalaciones donde exista un uso para el calor y energía producidos
6 Disponer de una sala de control que indique las variables en cada etapa del proceso (entrada y salida de temperatura, humedad relativa, velocidad del aire en el túnel de enfriado, temperaturas críticas…) donde se instalarán dispositivos que actúen en el momento que se sobrepase el límite crítico para cada variable
7 Disponer de puertas con sensores de movimiento para mantener las condiciones específicas de cada sala
8 Evitar la presencia de hielo en las cámaras de frio ya que éste reduce la conductividad térmica
9 Programar los termostatos en un rango suficientemente amplio como para que no se encuentre apagando y encendiendo constantemente
10 Disponer de reductores de potencia
11 Sistema de alumbrado de bajo consumo y con sensores de presencia
12 Disponer de un plan de mantenimiento preventivo y llevarlo a cabo cada tres meses
13 Realizar la refrigeración de los yogures en túneles de enfriamiento en donde el aire será recirculado
14 Llevar a cabo una incubación discontinua en tanques ya que es más eficiente
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Tabla 4. Mejores técnicas disponibles para el ahorro en el consumo de agua en la
industria yogurtera [10]
Consumo de agua
1 Optimizar la filtración inicial de la leche con el objetivo de reducir la frecuencia de
limpieza de los separadores centrífugos
2 Uso de técnicas de medición y control del flujo de sustancias
3 Instalación de sistemas para la detección de las interfases agua/producto en las
conducciones
4 Implantación de procedimientos de control para reducir las pérdidas de leche en el
llenado de tanques, desconexión de tuberías, mangueras, bombas, reboses, etc.
5 Recogida del agua del ultimo enjugado en limpieza CIP
6 Utilización de sistemas CIP descentralizados
7 Optimización del control operativo del sistema CIP
8 Selección de desinfectantes químicos (reducción del uso de biocidas oxidantes)
9 Disponer de un sistema apropiado del tratamiento de aguas residuales
10 Estudiar la posible reutilización de las agua de refrigeración en el caso del
intercambiador de placas para yogur batido, para limpieza de zonas con bajos
requerimientos higiénicos u otros usos no críticos
11 Implantar un plan de minimización del consumo de agua
12 Recuperación y reutilización de las soluciones de limpieza de los equipos CIP
13 Existencia de procedimientos escritos en los que se especifiquen los tiempos,
características, frecuencias de lavado...
4. Caso práctico en la Industria Yogurtera
Nuestra industria de estudio tiene una producción de 8000 t/año de yogurt,
elaborándose diversos yogures: naturales, con frutas… dando lugar a la producción de
varios productos el mismo turno.
Al tratarse de productos de vida útil corta, es precisa una expedición diaria.
Las jornadas de trabajo de esta industria son 2 turnos de 8 horas de trabajo, en
donde se trabaja al año 240 días.
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Esta industria posee un consumo horario de agua (proceso, limpieza, sistemas
auxiliares…) de 20 m3/h.
Se sabe además que para la limpieza se necesitan 8 m3/h y que se han detectado
perdidas de leche en el llenado de los tanques.
La empresa elaboradora de yogur cuenta con el sistema de limpieza CIP
centralizado y se emplea siempre el mismo procedimiento de limpieza.
La instalación frigorífica se realiza mediante refrigeración de condensadores por
agua en circuito abierto.
Para el consumo de energía (térmica y eléctrica) posee un consumo horario de
1050 kwh/h.
La energía térmica principalmente es la usada en forma de vapor o agua caliente
utilizada en:
Sistema de limpieza CIP.
Frecuentes entradas y salidas de las cámaras de almacenamiento de
producto para almacenamiento y expedición de productos elaborados.
No hay manteamiento ni sistemas especiales que eviten entrada de calor
por aperturas.
A partir de toda esta información, se pide:
a) Tamaño de planta en relación al sector
Para la estimación del tamaño de planta de nuestra industria yogurtera se
determinará a partir de los datos de producción anual, la producción diaria y por hora
en nuestra industria. Los datos se muestran en la Tabla 5.
Según la bibliografía consultada, en nuestra industria para la producción de
yogur, tanto firme como batido, se contará con una zona de preparación de las
mezclas que se valdrá de una línea de envasado de unos 17.000 unidades/hora, y
para el yogur firme se necesitaran 2 cámaras de incubación con capacidad para 23
palets cada una (1450 unidades/palet) y un túnel de viento para el enfriamiento
rápido [13].
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Tabla 5. Producción media de la planta proyectada adaptado de [13]
Producción
media
Total Planta/Línea
Masa (Tn) Tarrinas
(125 g)
Anual (240
días)
8000 64 x 106
Diaria (16 h) 33,33 26 x 104
Por hora 2,08 16.667
b) Consumos específicos de agua (m3/t) y energía (kwh/t). Comparar los valores
obtenidos con los valores de referencia y valorarlo teniendo en cuenta la
información aportada de tecnologías y equipos empleados, tamaño de planta,
producto, etc.
La mayor parte de las industrias lácteas consumen diariamente cantidades
significativas de agua en sus procesos, especialmente en las operaciones de limpieza
para mantener las condiciones higiénicas y sanitarias requeridas, y en los sistemas de
refrigeración.
En las operaciones auxiliares, particularmente en la limpieza y desinfección, se
puede llegar a consumir entre el 25–40% del total.
En España, el consumo de agua de las industrias de productos lácteos (excepto
helados) afectadas por la Ley IPPC oscila entre 1 y 11 m3/t de leche recibida. El 75% de
estas empresas tienen un consumo de entre 1 y 6 m3/t de leche recibida.
Antes de comprobar si nuestra industria se sitúa dentro del rango establecido de
consumo de agua, lo primero que debemos saber son las horas que se trabaja al año
en nuestra empresa:
16 horas/día * 240 días/año 3840 h/año
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Sabiendo que se trabajan 3840 y que la producción de nuestra empresa es de 8000
t/año, ¿Cuántas toneladas de yogures se producen a la hora?
Si dicha empresa tiene un consumo horario de 20 m3/h de agua en planta, ¿Cuál
es el consumo específico?
Si planteamos la hipótesis que cada tonelada que entra de leche se aprovecha
para la elaboración de una tonelada de yogur, tendríamos que el consumo de agua es
de 9,6 m3/t leche recibida y, como se ha visto anteriormente, las empresas tienen un
consumo entre 1 y 11 m3/t de leche recibida, por lo tanto el consumo de agua en
nuestra industria es eficiente.
Para ver si el consumo de agua en limpieza se sitúa en un intervalo correcto, lo
primero que debemos hacer es calcular el porcentaje, que va de un 25-40% del total,
de agua gastada en limpieza como pone en las guías.
Cogemos un valor medio, 32% y lo calculamos sobre el consumo de agua total,
11 m3/t es decir, en las industrias se gasta aproximadamente 3,52 m3/ t leche
recibida.
En nuestro caso se sabe que en limpieza se consume 8 m3/h, debemos de
calcular el consumo específico:
En este caso, nuestra industria está por encima del intervalo óptimo de consumo
de agua de limpieza, por lo tanto es necesario plantear mejoras para reducir dicho
volumen como se verán a continuación.
Para el caso de energía, la industria elaboradora de yogures tiene un consumo de
1050 kwh/h, en donde el mayor consumo se produce como podemos ver en la Tabla 6:
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Tabla 6. Principales aspectos ambientales y operaciones especificas en donde se produce
el mayor consumo de energía en la elaboración de yogur [11]
PROCESO PRODUCTIVO
ASPECTO AMBIENTAL
OPERACIÓN
Yogur
Consumo energía térmica
Incubación Pasterización
Consumo energía eléctrica
Refrigeración Almacenamiento
Al igual que antes es necesario saber el consumo específico de energía:
El consumo de energía total de una empresa láctea se reparte aproximadamente
en un 80% de energía térmica obtenida de la combustión de combustibles fósiles (fuel-
oil, gas natural) y el restante 20% como energía eléctrica.
En las industrias de elaboración de productos lácteos (excepto helados) el
consumo de energía eléctrica oscila entre 39-448 kWh/t de leche recibida y el de
energía térmica entre 25-884 kWh/t leche.
Para ver si nuestra industria se encuentra en ese intervalo de consumo de
energía térmica, debemos de calcular el 80% del consumo específico y compararlo con
el valor de referencia.
80% de 504,81 403,84 kwh/t leche recibida, por lo tanto nuestra industria
tiene un uso eficiente de la energía térmica.
Para ver si también realiza un uso eficiente de la eléctrica, calcularemos el 20%
restante.
20% de 504,81 100,97 kwh/t leche recibida, por lo tanto esta industria tiene
un uso eficiente de la energía eléctrica
Como se pueden observar, los valores de energía eléctrica y térmica consumos
por esta empresa, se encuentran por debajo de la mitad del rango interpuesto.
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c) Indicar alguna propuesta de ahorro de agua y/o energía en dicha planta a
partir del análisis realizado.
Para el ahorro de agua en limpieza, sería necesario instalar un sistema
descentralizado CIP como se vio en la Tabla 4, ya que esta empresa posee dicho
sistema pero centralizado, y posiblemente por ese motivo se tenga un mayor
consumo.
Además para evitar los reboses en los tanques sería necesario instalar sistemas
de control que avisaran cuando se llegara al límite crítico, de esta manera la leche no
sobresaldría, y por lo tanto se ahorraría agua en limpiar, como también aparece en la
Tabla 4.
Todas las mejores técnicas posibles a implantar en esta industria se encuentran
recogidas en la Tabla 4.
Para el caso de la energía, sería necesario instalar otra cámara de refrigeración
para expedición de producto, ya esta industria cuenta con una misma cámara para
producto de almacenamiento y producto a expedir.
Por lo tanto se producen demasiadas salidas y entradas dando lugar a pérdidas
de energía.
Todas las mejoras a implantar para un ahorro de energía se encuentran
recogidas en la Tabla 3.
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5. Bibliografía
[1] Clasificación Nacional de Actividades Económicas (CNAE 2009). Web:
http://www.ine.es/daco/daco42/clasificaciones/cnae09/cnae_2009_rd.pdf
[2] Gobierno del Principado de Asturias. (2007), Instituto de Desarrollo Económico
del Principado de Asturias, Obtenido: 12 Marzo, 2013, Gobierno de Asturias. Web:
http://www.idepa.es/sites/web/idepaweb/productos/flashsectorial/Sector_Lacteo/
[3] Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente. (2013). Web:
http://www.magrama.gob.es/es/estadistica/temas/estadisticas-agrarias/ganaderia/
estadistica-industrias-lacteas/
[4] Tapiador, M.T. “Aplicación de diferentes técnicas de control de calidad en una
quesería”. Proyecto Fin de Grado, Escuela de Ingenieros Agrónomos de Ciudad Real. Julio
2013.
[5] Institut de Ciències de l’Educació. Universitat Politècnica de Catalunya. (2014)
Proceso de elaboración del yogur. La Industria Alimentaria. Web:
http://ben.upc.es/documents/eso/aliments/HTML/lacteo-5.html
[186]
[197]
[208]
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27
[219]
[10] MAPA. MMA. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. Ministerio de
Medio Ambiente. “Guía de Mejores Técnicas Disponibles en España del Sector Lácteo”.
2005.
[11] AINIA. Instituto Tecnológico Agroalimentario. “Mejores Técnicas Disponibles
en la Industria Láctea”. 2005.
[2212]
[13] Woo, C. “Estudio de Viabilidad de una Planta de Producción de Yogures”. Tesis
de Máster (período pre-Bolonia). Universitat Politécnica de Catalunya, Escola Tècnica
Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona. 2004.