BOMBEO Y ENFRIAMIENTO DE LECHE EN FORMA EFICAZ Artículo elaborado por el Departamento Técnico de SIEM S.R.L., (Representante para Argentina de los sistemas de ordeño WAIKATO) tomando como guía las conclusiones de La Asociación de Comerciantes de Bombas y Máquinas de Ordeñar de Nueva Zelanda (New Zealand Milking and Pumping Trade Association)

En 1993, representantes de todos los sectores de la Industria Láctea de Nueva Zelanda, elaboraron el Código de Prácticas a seguir en los establecimientos de producción y de industrialización de la leche. En lo referente al tema específico del bombeo de leche, propusieron distintas medidas para minimizar el daño provocado en la misma por la presencia de aire durante ese proceso. Ellos decidieron una serie de medidas, las que fueron adoptada por todas las Compañías lácteas y los Productores: "que toda nueva instalación y mejoras que contemplen el proceso de bombeo de leche, deberán incluir sistemas de control que eviten los daños ocasionados a la leche por causas mecánicas." Previo a describir sintéticamente la naturaleza de esos daños, haremos mención a algunas características de los sistemas de bombeo de leche más usados en nuestro país. EL BOMBEO DE LECHE EN UNA MÁQUINA DE ORDEÑO: En las máquinas de ordeñar actuales, el proceso de bombeo de leche consiste en extraerla desde un circuito que está con un nivel de vacío que puede rondar entre los 40 y 50 Kpa, dependiendo del tipo de equipamiento, hacia un recipiente que está a la presión atmosférica. Durante este recorrido, la leche debe atravesar el sistema de placas pre-enfriadoras y, obviamente todo el recorrido de la cañería hasta el tanque de almacenamiento.

Se usan varios sistemas de bombeo, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. Nosotros nos limitaremos solo a los dos más usados en nuestro país, con bomba a diafragma y con bomba centrífuga sanitaria. La bomba a diafragma consta, como su nombre lo indica, de un diafragma de caucho que realiza movimientos alternativos dentro de un espacio, el que es dividido, justamente por el diafragma, en dos cámaras diferenciadas: una, a presión atmosférica y la otra en la que se produce la succión e impulsión de la leche, siguiendo el ritmo de alternancia del diafragma. Esto es complementado por dos válvulas que abren y cierran permitiendo la circulación de leche en un solo sentido. Estas bombas son confiables y sencillas pero de limitada capacidad de bombeo. Cuando se necesita impulsar grandes caudales, las válvulas se trasforman en elementos de obstrucción de este caudal, además, tanto las medidas físicas de las partes constituyentes como la velocidad de los movimientos alternativos para la acción de bombeo, tienen límites prácticos/económicos. Por otra parte, últimamente, las exigencias de calidad de la leche, cada vez más estrictas, hacen que se preste mayor atención a detalles que antes (por lo menos en nuestro país) no se tenían muy en cuenta. Por ejemplo: los residuos que se alojan en las pequeñas grietas, que por el uso se generan en la superficie del caucho y en los rincones en donde los líquidos de lavado no tienen la efectividad necesaria. Si tenemos en cuenta que las máquinas modernas, y de cierto tamaño, requieren disponer de alta capacidad de bombeo debido a la mayor producción por animal y mayor concentración de animales por rodeo, además emplean el sistema de lavado por inyección de aire lo que esto hace necesario el desalojo de gran cantidad de solución de lavado o agua para el enjuague en corto tiempo, encontramos que la limitación en el caudal de bombeo (litros/h) hace que este tipo de bomba no sea aconsejable. El uso de bombas en paralelo, con el objeto de solucionar el problema del caudal, soluciona algunos de los aspectos pero no otros. Las bombas centrífugas son de uso muy común en la industria y existe un amplio rango de medidas o capacidades. El principio de funcionamiento se basa, como su nombre lo indica, en impulsar el fluido (en el caso que nos ocupa, la leche) por acción de la fuerza centrífuga que provoca una o varias paletas girando a alta velocidad dentro de una cámara. El ingreso de la leche se realiza por el centro de rotación de las paletas y su "expulsión" tiene lugar tangencialmente al círculo determinado por el diámetro de las paletas girando. Este sistema se complementa con una válvula que impide el retorno

girando. Este sistema se complementa con una válvula que impide el retorno de la leche cuando el motor se detiene. Es importante tener en cuenta que estas bombas deben ser totalmente de acero inoxidable y además desarmables para permitir su inspección y limpieza periódica. Como principio aplicable a todos los sistemas de bombeo de leche, podemos decir que: · Los materiales de fabricación de las bombas no deber ser afectados por la leche. · Se deben minimizar las partes que puedan alojar residuos difíciles de remover mediante los procesos normales de limpieza de los equipos de ordeño. · Durante el proceso de bombeo no debe haber aire mezclado con la leche. La mezcla aire/leche sometida a los efectos mecánicos de la bomba produce efectos negativos (lipólisis) que reducen su calidad. Muchos equipos de ordeño son diseñados teniendo en cuenta especialmente este último punto para evitar la entrada de aire a la bomba como la instalación de chapas deflectoras que evitan la turbulencia que provoca el chorro de leche ingresante al recibidor y también diseña el largo mínimo adecuado del tramo recto del caño de entrada a la bomba. Para entender la influencia de los efectos del proceso de bombear la leche, brevemente describiremos lo que es la lipólisis: La grasa de la leche se encuentra en forma de glóbulos cubiertos por una membrana, dentro de esos glóbulos se liberan ácidos grasos que no actúan negativamente sobre la calidad de la leche, justamente porque la membrana se lo impide. Esa membrana se puede destruir por razones mecánicas (lipólisis inducida) y por otras razones como: nutrición, ciclo de lactación, mastitis etc. (lipólisis espontánea). Los efectos de la destrucción de la membrana que cubre el glóbulo de grasa afectan las características organolépticas de la leche, fenómeno que se aprecia por el sabor rancio que esta adquiere. Por otra parte, es afectada por la disminución del tiempo de conservación y disminución de las propiedades para algunos procesos de elaboración. En este artículo cubre exclusivamente las causas mecánicas que provocan la lipólisis (inducida), obviando las referencias a la lipólisis espontánea. La admisión inadecuada de aire por fallas en pezoneras, colectores y conexiones promueve la formación de espuma difícil de eliminar aún dentro de la línea de leche y del recibidor (recordemos que la espuma dentro de un

ambiente donde hay un considerable nivel de vacío, es rebelde a eliminarse espontáneamente). Se considera que el bombeo de leche en un estado de mezcla leche/aire es causante del 50 % de la lipólisis inducida, de allí la importancia que adquiere el tratamiento de la leche en todo su proceso partiendo desde el ordeño. Es razonable asumir, entonces, que la preocupación se genere desde todos los sectores afectados (desde el productor hasta usinas lácteas). CONTROLADORES DE BOMBA DE LECHE: Durante el proceso de ordeño, la leche es colectada en el recibidor desde el cuál es bombeada hacia el tanque de frío. La bomba es comandada a partir de una señal que puede provenir de un flotante o un sistema de electrodos que detectan el nivel de leche. Hay dos tipos de sistemas de control: 1) Arranque/Parada (si-no) en el cuál la bomba se pone en funcionamiento cuando la leche dentro del recibidor alcanza un determinado nivel y se detiene cuando el nivel baja a otro valor predeterminado. En este sistema la bomba funciona alternativamente arrancando y parando. Siempre su estado "si", cuando funciona, lo hace a su máxima velocidad. La ventaja de este sistema es fundamentalmente su menor costo y sencillez. Las desventajas son: Al funcionar siempre a la máxima velocidad, aumenta el riesgo de "batir" la leche y el menor rendimiento obtenido de las placas pre-enfriadoras .. Otro sistema de control se basa en modificar la velocidad de la bomba en función de la cantidad de leche existente en el recibidor, de esa manera, la bomba, sin dejar de funcionar, varía su velocidad continuamente la que siempre es menor que la nominal. Si lo comparamos con respecto al control "si-no", las desventajas se minimizan debido al aumento tecnológico de los sistemas de control de velocidad y la notable reducción de costos que se operaron en ellos. Además la complejidad del sistema en comparación al control si-no, actualmente también es minimizada por la alta confiabilidad que han adquirido estos productos. Como ventajas se pueden mencionar las siguientes: Al ser la velocidad de bombeo sustancialmente menor que la nominal, el efecto "batido" se reduce, reducción del consumo de energía eléctrica asociado al menor funcionamiento del equipo de frío del tanque ya que el control de la bomba de leche logra un óptimo aprovechamiento de las placas de pre-enfriamiento, tema que abordaremos seguidamente.

REFRESCADO DE LA LECHE (Pre-enfriado)

Es conocido el hecho de que "refrescar la leche" desde los 35-36 ºC, temperatura aproximada en que se encuentra luego de ser extraída de la vaca, a una temperatura solamente 3 grados por encima de la temperatura del agua disponible, mediante la utilización de placas intercambiadoras de calor, constituye una de las maneras más económicas y rápidas dentro de las instalaciones de un tambo. Existen diversos diseños de intercambiadores de calor y la elección del mismo no debe subestimarse ya que de ello depende el rendimiento del equipo de frío. Sí las placas de frío (nombre conque se conocen comúnmente en nuestro ámbito) no cumplen adecuadamente su propósito (ya sea por mala elección o por no reunir estas las condiciones de calidad y eficiencia) el equipo de frío deberá suplir, trabajando una mayor porción de tiempo, dichas deficiencias. Las consideraciones referidas a detalles de las placas de frío, son extensas y merecen un análisis particular el que dejaremos para otra oportunidad. Solo consideraremos, en este artículo, aspectos interrelacionados con el proceso de bombeo de la leche. Como datos ilustrativos que nos ayudarán a comprender mejor esta interrelación, diremos que una "placa de frío" de buen rendimiento, tiene una relación agua-leche que varía entre 2:1 y 3:1 (es decir, 2 ó 3 partes de agua a una parte de leche). Mientras mayor es la proporción de agua, más se va a acercar la temperatura de salida de la leche a la temperatura del agua de entrada. A continuación presentamos un cuadro en el que se aprecia el porcentaje de energía ahorrada en el equipo de frío, por la utilización de intercambiadores de calor "a placas". Mediciones realizadas sobre en la misma instalación y variando la temperatura del agua de pre-enfriamiento.

Temperatura de entrada al tanque enfriador (temp. 35ºC35ºC35ºC35ºC de referencia) Idem, utilizando intercambiadores de calor 10ºC15ºC20ºC25ºC Porcentaje de ahorro de energía por la utilización 75% 60% 40% 25% de placas de frío

Es necesario destacar un aspecto importante cuando nos referimos al "mayor rendimiento" en el proceso de pre-enfriado. Partiendo de la base que es

necesaria la correcta elección de la placa, en lo que se refiere a la calidad, dimensionamiento e instalación, no debemos soslayar la importancia que adquiere el uso durante el proceso de ordeño durante dos veces al día y todos los días de año. En este artículo, nos limitamos solamente a la relación entre el bombeo de leche y el rendimiento de la placa de frío. En un control de bomba "si-no", por la placa hay circulación de leche solamente cuando la bomba está en marcha pero siempre circula agua. Esto hace que se derroche agua y además, cuando la leche circula, lo hace a alta velocidad dificultando la transferencia de calor. Cuando se selecciona una placa, el parámetro a tener en cuenta es el caudal (litros/hora), por ejemplo un sistema intercambiador de 18 placas y de buena calidad, tiene una capacidad de refrescado de 900 litros por hora. Este dato, proporcionado por el fabricante de placas no es caprichoso ni se refiere a la cantidad de leche que puede ser "forzada a circular por ella sino a los litros de leche que deben circular para obtener el mayor rendimiento. Ahora bien, si la circulación se completa, como es de suponer, durante el tiempo de ordeño, pero además la bomba de leche tiene un control "si-no", en realidad el tiempo para determinar el caudal es alrededor de un 30% menos de lo que dura el ordeño. Por consiguiente, la placa que supuestamente seleccionamos para 900 litros/hora debería tener un caudal 630 litros/hora. Pero como el tiempo de ordeño normalmente se considera fijo (para similares condiciones), concluimos que, por la placa hay una "sobrecarga" del 30% de caudal durante el 70% del tiempo de ordeño. Durante el 30% del tiempo restante, la placa no tiene "carga" de caudal. Con un control de velocidad para la bomba de leche, esta dificultad se minimiza notablemente ya que la circulación de leche por la placa se procura sea constante (naturalmente teniendo en cuenta la curva produción-tiempo de la vaca durante el ordeño pero esto también afecta al control si-no). Destacamos como ventajas principales, las siguientes: Ahorro de agua para el pre-enfriado, no es necesario sobredimensionar la placa de frío, ahorro importante de energía eléctrica por el menor tiempo de funcionamiento funcionamiento del equipo de frío. En la siguiente tabla podemos apreciar las distintas potencias necesarias para el enfriamiento de la leche, 4ºC dentro del tanque, en función de la temperatura de la leche que ingresa al mismo

POTENCIA NECESARIA DEL EQUIPO DE FRÍO PARA ENFRIAR EL CONTENIDO DEL TANQUE

KW Vol. leche 4000 5000 6000

1,5 2,25 3 3,75 4,5 5,25 6 Máxima temperatura de salida de la leche desde el sistema de placas (ºC) 14 20 23 27 30 16 19 22 24 25 26 16 18 20 21 22