Los homogeneizadores de válvula más utilizados, cuyos componentes principales son una bomba de alta presión y un cabezal de homogeneización.
En la fig. se muestra un cabezal de homogeneización de dos etapas, que consta de un cuerpo 3 y un dispositivo de válvula, cuyas partes principales son el asiento de válvula 1 y la válvula 2. La válvula está conectada al vástago, sobre cuya protuberancia presiona el resorte 6 .con un resorte, una varilla 7 y un vaso 8 forman un dispositivo de presión 4.
Arroz. Cabezal homogeneizador de dos etapas:
I - la primera etapa; II - segundo paso
El líquido inyectado por la bomba debajo del disco de la válvula presiona el disco y aleja la válvula del asiento, venciendo la resistencia del resorte. En el espacio formado entre la válvula y el asiento con una altura de 0,05 a 2,5 mm, el líquido pasa a alta velocidad y así se homogeneiza. En el siguiente paso, se repite el proceso.
Según el tipo de cabezal de homogeneización, los homogeneizadores se pueden dividir en uno, dos y múltiples etapas. En la práctica, solo se utilizan los de una y dos etapas, ya que los de múltiples etapas no se justifican, ya que conducen a un diseño engorroso, inconvenientes en la operación y una ligera mejora en el efecto de homogeneización en comparación con los de dos etapas.
Los principales indicadores de rendimiento de los homogeneizadores son las características universales de funcionamiento y cavitación. La característica universal de un homogeneizador es la relación entre su rendimiento, consumo de energía y eficiencia. Da una idea del nivel de perfección del diseño del homogeneizador y su estado técnico.
La eliminación de la característica de cavitación requiere la instalación de un indicador de presión y vacío en el lado de succión del homogeneizador. El comienzo de la cavitación está determinado por el comienzo de la disminución del suministro en más del 2%.
La curva de cavitación muestra las características de trabajo del homogeneizador en su lado de succión y le permite decidir sobre la mejora de las condiciones de trabajo en un caso particular.
Homogeneizador A1-OGM(Fig.), diseñada para obtener un producto homogéneo finamente dividido, consta de un motor eléctrico 1, un bastidor 2, un mecanismo de manivela 3 con sistemas de lubricación 7 y refrigeración, un bloque de émbolo 4 con un homogeneizador 6 y un manométrico 5 cabezas y una válvula de seguridad.
Arroz. Homogeneizador A1-OGM
El principio de funcionamiento del homogeneizador es forzar el producto a través de un estrecho espacio entre el asiento y la válvula del cabezal homogeneizador. La presión del producto antes de la válvula es de 20...25 MPa, después de la válvula está cerca de la presión atmosférica. Con una caída de presión tan fuerte, junto con un aumento significativo de la velocidad, el producto se tritura.
El homogeneizador es una bomba de tres émbolos. Cada uno de los tres émbolos, haciendo un movimiento alternativo, succiona líquido del canal de entrada cerrado por la válvula de succión y lo bombea a través de la válvula de descarga hacia el cabezal de homogeneización a una presión de 20...25 MPa.
El cabezal homogeneizador es la parte más importante y específica del homogeneizador. Es un cuerpo de acero que contiene una válvula cilíndrica centrada. Bajo la presión del líquido, la válvula sube, formando un espacio anular a través del cual pasa el líquido a alta velocidad y luego se descarga a través del accesorio del homogeneizador.
Una placa está articulada dentro del marco, cuya posición está regulada por tornillos. Un motor eléctrico 1 está instalado en la placa, que impulsa el mecanismo de manivela 3 a través de una transmisión por correa en V. En el caso 2, que es un tanque con fondo inclinado, hay un mecanismo de manivela 3, un sistema de enfriamiento y un filtro de aceite. El sistema de refrigeración está diseñado para suministrar agua fría a los émbolos. Incluye un serpentín colocado en el fondo de la carcasa 2, un tubo perforado por encima de los émbolos y ramificaciones para la entrada y salida de agua. El sistema de lubricación se utiliza para suministrar aceite a los muñones del cigüeñal para reducir la fricción.
Las características técnicas del homogeneizador A1 -OGM se dan en la tabla.
Homogeneizador K5-OGA-U(fig.) está diseñado para triturar y distribuir uniformemente glóbulos de grasa en leche y productos lácteos líquidos, así como en mezclas de helados.
Arroz. Homogeneizador K5-OGA-U
Es una bomba de alta presión de cinco émbolos con cabeza homogeneizadora. Consiste en un marco 1 con accionamiento, un mecanismo de manivela 5 con sistemas de lubricación y refrigeración, un bloque de émbolo 14 con un homogeneizador 13 y un manómetro 12 cabezas y una válvula de seguridad. Dentro del bloque de émbolo 14 hay un émbolo 15 conectado a la corredera 11. El accionamiento del homogeneizador se realiza desde el motor eléctrico 17 a través de las poleas de accionamiento 20 y conducidas 21 y la transmisión por correa trapezoidal. En el interior del marco 1, una placa 18 está fijada de manera pivotante, cuya posición está regulada por tornillos 2. El marco está montado sobre seis soportes 19 que varían en altura.
El mecanismo de manivela 5 consta de una carcasa de hierro fundido, un cigüeñal 7 montado sobre dos cojinetes de rodillos, bielas 8 con cubiertas 6 y camisas 9, deslizadores 11 conectados de manera pivotante a las bielas 8 por medio de pasadores 10, copas y sellos. La cavidad interna del cuerpo del mecanismo de manivela es un baño de aceite. En la pared trasera de la carcasa están montados un indicador de nivel de aceite 4 y un tapón de drenaje 3. Un mecanismo de manivela 5, un sistema de enfriamiento, un filtro de aceite y una bomba de aceite 22 están ubicados en la carcasa, que es un tanque con una inclinación fondo.
El homogeneizador tiene un sistema de lubricación forzada para los pares de fricción más cargados, que se utiliza en combinación con salpicaduras de aceite en el interior de la carcasa. El aceite se enfría con agua del grifo por medio de un serpentín 16 del dispositivo de enfriamiento colocado en la parte inferior de la carcasa, y los émbolos se enfrían con agua del grifo que ingresa a través de los orificios de la tubería. Se instala un interruptor de flujo en el sistema de enfriamiento, diseñado para controlar el flujo de agua.
Al ajustar la presión del resorte en la válvula, se logra el modo de homogeneización óptimo para varios productos.
Las características técnicas del homogeneizador K5-OGA-10 se dan en la Tabla.
Mesa. Características técnicas de los homogeneizadores
| Indicador | |||
| Productividad, l/h | |||
| Presión de trabajo, MPa | |||
| La temperatura del producto que ingresa al | |||
| homogeneización, °C |
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| Motor eléctrico: | |||
| potencia, kWt | |||
| velocidad, min" | |||
| Frecuencia de rotación de un eje acodado, min. | |||
| Número de émbolos | |||
| Carrera del émbolo, mm | |||
| Número de etapas de homogeneización | |||
| Dimensiones totales, mm | |||
| Peso, kg |
Homogeneizador A1-OG2-C(fig.) está destinado al procesamiento mecánico de productos lácteos viscosos como quesos cremosos, procesados y plásticos para impartir uniformidad al producto a fin de mejorar su calidad.
Arroz. Homogeneizador A1-OG2-C
El homogeneizador es una bomba de alta presión de tres émbolos ubicada horizontalmente con un dispositivo de homogeneización 8.
La bomba es accionada por un motor eléctrico 4 mediante una transmisión por correa trapezoidal, poleas accionadas 15 y 16 impulsoras. El homogeneizador consta de las siguientes unidades principales: un mecanismo de manivela 1, un accionamiento, un bloque de émbolo 9, un dispositivo de homogeneización 8, una válvula de seguridad 7, una tolva, una carcasa, un marco 13.
El mecanismo de manivela 1 incluye una carcasa de hierro fundido, un cigüeñal 14 montado sobre dos cojinetes de rodillos, bielas 12 con cubiertas 2 y revestimientos, deslizadores 10 conectados de manera pivotante a las bielas 12 por dedos 11, copas y un sello. La cavidad interna del cuerpo del mecanismo de manivela es un baño de aceite.
Un indicador de nivel de aceite y un tapón de drenaje están instalados en la pared trasera de la carcasa. La lubricación de las piezas en fricción se realiza mediante pulverización de aceite. El cuerpo del mecanismo de manivela está cerrado con una tapa, que tiene un cuello con una malla de filtro para llenar el aceite. El accionamiento del homogeneizador se lleva a cabo desde el motor eléctrico 4, que está instalado en la placa basculante debajo del motor 3, montada en el cuerpo del mecanismo de manivela 1. La tensión de las correas trapezoidales la proporcionan los tornillos de tensión 5.
El mecanismo de manivela está unido con pasadores al marco 13, que es una estructura soldada revestida con chapa de acero. El marco tiene una cubierta removible 17, diseñada para proteger los mecanismos giratorios y móviles. Una caja de terminales 18 está instalada en la parte inferior del marco 13.
La cama está montada sobre cuatro soportes de altura ajustable 19. Un bloque de émbolo 9 está unido al cuerpo del mecanismo de manivela mediante dos pasadores, que está diseñado para aspirar el producto de la tolva y bombearlo a alta presión al dispositivo de homogeneización 8 El bloque de émbolos 9 consiste en un bloque, émbolos 6, copas cilíndricas huecas con orificios en las paredes. No hay válvulas de succión ni sellos, el producto es aspirado en las cámaras de trabajo del bloque de émbolo directamente desde la tolva a través de copas cilíndricas huecas.
El sellado de los émbolos, teniendo en cuenta la baja fluidez de la masa de queso fundido, se consigue mediante una fabricación precisa con pequeñas tolerancias de las superficies de contacto de los émbolos y los orificios de los vasos.
Un dispositivo homogeneizador está unido al bloque del émbolo mediante pasadores, diseñado para homogeneizar el producto haciéndolo pasar a alta velocidad bajo alta presión a través del espacio entre la válvula y el asiento.
El dispositivo homogeneizador 8 consta de un cuerpo, juntas, válvulas de descarga, asientos de válvulas, resortes, una válvula homogeneizadora con asiento, una copa y una manija.
Para controlar la presión de homogeneización, se utiliza un manómetro, que se fija a la cara del extremo del cuerpo del dispositivo de homogeneización. En la parte superior del dispositivo de homogeneización hay una válvula de seguridad 7, diseñada para limitar el aumento de presión por encima del valor establecido. Consiste en una copa, brida, válvula, asiento de válvula, resorte, tornillo de presión y tapa. La válvula de seguridad se ajusta a la presión de trabajo de homogeneización mediante un tornillo.
El producto a homogeneizar se introduce en la tolva del homogeneizador, que es un depósito de acero inoxidable soldado.
Cuando los émbolos se mueven alternativamente en la cavidad de trabajo del bloque de émbolos, se crea un vacío y el producto de la tolva se succiona hacia la cavidad de trabajo, y luego los émbolos empujan el producto hacia el dispositivo de homogeneización, donde, bajo una presión de 20 MPa, pasa a alta velocidad a través del espacio anular formado entre las superficies esmeriladas de la válvula homogeneizadora y su asiento. En este caso, el producto se vuelve más homogéneo. Desde el dispositivo de homogeneización a través de la boquilla, se envía a través de la tubería para su posterior procesamiento. Se instala un amperímetro en el homogeneizador, con la ayuda del cual se controlan las lecturas del manómetro.
Las características técnicas del homogeneizador A1-OG2-C se dan en la Tabla.
La homogeneización es la trituración (dispersión) de glóbulos de grasa al exponer la leche o la crema a fuerzas externas significativas. Durante el procesamiento, se reducen el tamaño de los glóbulos de grasa y la velocidad de ascenso. Hay una redistribución de la sustancia de la cubierta del glóbulo de grasa, la emulsión de grasa se estabiliza y la leche homogeneizada no se sedimenta.
Los homogeneizadores de tipo válvula se utilizan para procesar leche y nata para evitar su separación durante el almacenamiento.
Los homogeneizadores-plastificantes del tipo rotatorio se utilizan para cambiar la consistencia de productos lácteos como quesos procesados y mantequilla. En la mantequilla procesada con su ayuda, la fase acuosa se dispersa, por lo que el producto se almacena mejor.
El principio de funcionamiento de los homogeneizadores de válvula, que son los más utilizados, es el siguiente. En el cilindro del homogeneizador, la leche se somete a una acción mecánica a una presión de 15...20 MPa. Cuando se levanta la válvula, abriendo ligeramente un espacio estrecho, la leche sale del cilindro. Esto es posible cuando se alcanza la presión de funcionamiento en el cilindro. Al pasar por un estrecho espacio circular entre el asiento y la válvula, la velocidad de la leche aumenta de cero a un valor superior a 100 m/s. La presión en el flujo cae bruscamente, y se extrae una gota de grasa que ha caído en dicho flujo y luego, como resultado de la acción de las fuerzas de tensión superficial, se tritura en pequeñas gotas-partículas.
Durante el funcionamiento del homogeneizador a la salida del espacio de la válvula, a menudo se observa la adhesión de partículas fragmentadas y la formación de "clusters", que reducen la eficiencia de la homogeneización. Para evitar esto, se utiliza la homogeneización en dos etapas: en la primera etapa se crea una presión igual al 75% de la presión de trabajo, en la segunda etapa se establece la presión de trabajo.
Arroz. 2.22. cabezal homogeneizador
Para la homogeneización, la temperatura de la leche cruda debe ser de 60...65 °C. Las temperaturas más bajas aumentan la sedimentación de la grasa, mientras que las temperaturas más altas pueden precipitar las proteínas del suero.
Un homogeneizador con un cabezal de homogeneización de dos etapas consta de un marco, un cuerpo, un bloque de émbolo, un cabezal de homogeneización, un accionamiento y un mecanismo de manivela.
Figura 2.23. Homogeneizador A1-OGM-5:
1 - motor eléctrico; 2 - cama con accionamiento; 3 - mecanismo de manivela con sistemas de lubricación y refrigeración; 4 - bloque de émbolo con cabezas homogeneizadoras y manométricas y válvula de seguridad; 5 - cabeza manométrica; 6- cabezal homogeneizador; 7- transmisión por correa trapezoidal
En el caso de que durante la homogeneización sea necesario excluir el acceso de microorganismos al producto procesado, se utilizan cabezales homogeneizadores asépticos especiales. En tales cabezas, el espacio limitado por dos elementos de sellado se alimenta con vapor caliente a una presión de 30...60 kPa. Esta zona de alta temperatura actúa como una barrera para evitar que las bacterias entren en el cilindro del homogeneizador.
Los homogeneizadores-plastificantes difieren de los homogeneizadores de válvula en términos de principio de funcionamiento y dispositivo. El cuerpo de trabajo en ellos es el rotor, que puede tener una cantidad diferente de cuchillas: 12, 16 o 24.
El homogeneizador-plastificador consta de un bastidor, un cuerpo con tornillos, una tolva receptora y un accionamiento.
Figura 2.24. Kit de herramientas de homogeneización del homogeneizador:
1 anillo fijo; 2- anillo móvil; 3 - rueda de paletas; 4- búnker; 5 - cuchillo móvil; 6- cuerpo; 7- cuchillo fijo; 8- rotor de descarga; 9- eje del homogeneizador
El variador le permite ajustar la frecuencia de rotación de los tornillos de alimentación (con la ayuda de un variador) dentro de 0,2 ... 0,387 s 1 . La velocidad del rotor con las palas no es regulable y es de 11,86 s".
El principio de funcionamiento de la máquina es el siguiente. La mantequilla se alimenta al búnker, desde donde, con la ayuda de dos tornillos que giran en direcciones opuestas, se fuerza a través del rotor y desde la boquilla con el diafragma ingresa al búnker de la máquina de llenado. Para evitar que se pegue el aceite, las partes de trabajo del homogeneizador se lubrican con una solución caliente especial antes de comenzar a trabajar. El rendimiento del homogeneizador depende de la frecuencia de rotación de los tornillos de alimentación y es de 0,76 ... 1,52 m 3 / h. La potencia de accionamiento de la máquina es de 18,3 kW.
El homogeneizador YAZ-OGZ está diseñado para procesar masa de queso fundido en la producción de queso procesado y consta de las siguientes partes: base, cuerpo, juego de herramientas de homogeneización, tolva, descargador y accionamiento.
La base sirve para unir a ella los componentes del homogeneizador. La carcasa contiene unidades de trabajo y dispositivos de sellado.
La herramienta de homogeneización para alimentar, moler y mezclar la masa de queso fundido se fabrica en forma de cuchillas móviles y fijas separadas por anillos espaciadores, así como un impulsor de carga y un rotor de descarga. Las cuchillas móviles tienen ranuras especiales hechas en cierto ángulo con respecto a la superficie del extremo, lo que facilita el movimiento del producto triturado hacia el dispositivo de descarga. El eje de la herramienta de homogeneización gira con una frecuencia de 49 s 1 .
El búnker para recibir y acumular masa de queso tiene una camisa termoaislante.
El dispositivo de descarga en forma de dos tubos conectados entre sí por medio de una grúa sirve para descargar la masa homogeneizada en el dosificador de la máquina llenadora.
El accionamiento consta de un motor de 11 kW diseñado para transmitir la rotación del eje a la parte móvil de la herramienta de homogeneización.
El procesamiento del producto en el homogeneizador YAZ-OGZ se lleva a cabo de la siguiente manera. La masa de queso derretida se alimenta periódica o continuamente a la tolva del homogeneizador. Bajo la acción del vacío creado por el impulsor de carga, el producto ingresa a la herramienta de homogeneización, en la que, pasando secuencialmente por las cuchillas móviles y fijas, es homogeneizado y alimentado al dispositivo de descarga.
El uso de un homogeneizador permite abandonar la operación tecnológica de filtrar la masa de queso para eliminar sus partículas no fundidas.
Los homogeneizadores están diseñados para triturar glóbulos de grasa en leche, productos lácteos líquidos y mezclas de helados. Se utilizan en diversas líneas tecnológicas para leche y productos lácteos. También se conocen otros equipos (emulsionadores, emulsionadores, vibradores, etc.) para la homogeneización de la leche, pero son menos eficientes.
Los homogeneizadores tipo válvula K5 - OG2A - 1.25 recibieron la mayor aplicación en la industria láctea; A1 - OGM 2.5 y A1 - OGM son bombas multiémbolo de alta presión con cabeza homogeneizadora. Los homogeneizadores constan de las siguientes unidades principales: un mecanismo de manivela con un sistema de lubricación y refrigeración, un bloque de émbolo con cabezales homogeneizadores y manométricos y una válvula de seguridad, un marco. El accionamiento se lleva a cabo desde el motor eléctrico con la ayuda de una transmisión de correa trapezoidal. El mecanismo de manivela convierte el movimiento de rotación transmitido por la transmisión de correa en V desde el motor eléctrico en el movimiento alternativo de los émbolos. Estos últimos, por medio de sellos de labios, ingresan a las cámaras de trabajo del bloque de émbolo y, realizando carreras de succión y descarga, crean la presión necesaria del líquido homogeneizado. El mecanismo de manivela de los homogeneizadores descritos consta de un cigüeñal montado sobre dos cojinetes de rodillos cónicos; tapas de cojinetes; bielas con tapas y camisas; deslizadores conectados de manera pivotante a las bielas con dedos; lentes; focas; cubierta de la carcasa y polea conducida en voladizo al final del cigüeñal. La cavidad interna del mecanismo de manivela es un baño de aceite. Un indicador de aceite y un tapón de drenaje están montados en la pared trasera de la carcasa. En el homogeneizador K5 - OG2A - 1.25, las partes de fricción del mecanismo de manivela se lubrican rociando aceite con un cigüeñal giratorio. El diseño de la carcasa y la carga relativamente pequeña en el mecanismo de manivela del homogeneizador K5 - OG2A - 1.25 permite enfriar el aceite colocado dentro de la carcasa debido a la transferencia de calor desde la superficie hacia el medio ambiente. Solo los émbolos se enfrían con agua del grifo. En los homogeneizadores A1 - OGM - 2.5 y A1 - OGM, en combinación con las salpicaduras de aceite en el interior del cuerpo, se utiliza un sistema de lubricación forzada para los pares de fricción más cargados, lo que aumenta la transferencia de calor. El aceite en estos homogeneizadores se enfría con agua conductora de calor, que ingresa a la bobina del dispositivo de enfriamiento, colocada en la parte inferior de la carcasa, y los émbolos se enfrían con agua del grifo, que se les suministra a través de una abertura en la tubería. . Se instala un interruptor de flujo en el sistema para controlar el flujo de agua. Un bloque de émbolo está unido al cuerpo de KShM con la ayuda de dos pasadores, diseñado para aspirar el producto de la línea de suministro y bombearlo a alta presión hacia el cabezal de homogeneización. El bloque de émbolos incluye un cuerpo, émbolos, sellos de labios, tapas inferior, superior y frontal, válvulas de succión y descarga, asientos de válvulas, juntas, bujes, resortes, brida, accesorios, filtro en el canal de succión del bloque. En el plano final del bloque de émbolo hay un cabezal homogeneizador diseñado para realizar una homogeneización del producto en dos etapas debido a su paso a alta presión a través del espacio entre la válvula y el asiento de la válvula en cada sistema de etapa. Se fija una cabeza manométrica en el plano superior del bloque de émbolo para controlar la presión de homogeneización. El cabezal del indicador tiene un dispositivo de estrangulación que permite reducir de forma eficaz la amplitud de la oscilación de la aguja del indicador. El cabezal del manómetro consta de un cuerpo, una aguja, un sello, una tuerca de apriete, una arandela y un manómetro con un sello de diafragma. En el plano final del bloque de émbolo en el lado opuesto al montaje del cabezal homogeneizador, hay una válvula de seguridad que evita un aumento de la presión de homogeneización con respecto a la nominal. La válvula de seguridad incluye tornillo, contratuerca, talón, resorte, válvula y asiento de válvula. La válvula de seguridad se ajusta a la presión máxima de homogeneización girando el tornillo de apriete, que actúa sobre la válvula a través de un resorte. El marco del homogeneizador es una estructura fundida o soldada de canales cubiertos con chapa de acero. Se instala un KShM en el plano superior del marco. En el interior, sobre dos soportes, una placa con un el. motor. Además, la placa está sostenida por tornillos que ajustan las correas trapezoidales. La cama tiene cuatro soportes regulados en altura. Las ventanas laterales de la cama se cierran con fundas extraíbles. La leche o el producto lácteo se bombea al canal de succión del bloque de émbolo por medio de una bomba. Desde la cavidad de trabajo del bloque, el producto a presión ingresa a través de la válvula de descarga, la cabeza homogeneizadora pasa a alta velocidad a través del espacio frontal formado entre las superficies rectificadas de la válvula homogeneizadora y su asiento. Cuando esto ocurre, la dispersión de la fase líquida del producto. Desde el homogeneizador, el producto se envía a través de la tubería de leche para su posterior procesamiento o almacenamiento preliminar.
Los cabezales de homogeneización se sometieron a uno u otro pequeño cambio existente, sin embargo, el principio de su disposición aún no ha cambiado. La forma de la cara de la válvula suele ser plana, de asiento o cónica con un pequeño ángulo cónico. Un homogeneizador con válvulas planas con ranuras concéntricas tiene las mismas ranuras en la superficie del asiento. En consecuencia, cambia la forma del paso de la leche en la dirección radial, lo que debería contribuir a una mejor homogeneización. El producto líquido se puede bombear al cabezal con cualquier bomba que tenga un flujo uniforme y sea capaz de crear alta presión. Para este propósito, se aplican bombas de émbolo múltiple, rotativas y de tornillo. Los homogeneizadores de alta presión más utilizados con bombas de tres émbolos.
El esquema del homogeneizador de émbolo de tipo válvula se muestra en la fig. 3
Cuando el émbolo se mueve hacia la izquierda, la leche pasa a través de la válvula de succión 3 hacia el cilindro, y cuando el émbolo se mueve hacia la derecha, se empuja a través de la válvula 4 hacia la cámara de descarga, en la que se instala un manómetro 10 para controlar la presión. Además, la leche a través del canal hacia el cabezal 5, en el que la válvula 7 presiona, presiona contra el asiento 6 por el resorte 8. La tensión del resorte está regulada por el tornillo 11. La válvula y el asiento se superponen entre sí. otro. En la posición de reposo, la válvula está fuertemente presionada contra el asiento por el resorte 8, que se ha convertido en el tornillo de ajuste 11, y en la posición de trabajo, cuando se bombea el líquido, la válvula es levantada por la presión del líquido y es en un estado "flotante". Un indicador característico del modo de homogeneización, que juega un papel importante en el ajuste de la máquina, es la presión de homogeneización. Cuanto más alto es, más eficiente es el proceso de dispersión. La presión es regulada por el tornillo 11, guiada por las lecturas del manómetro 10. Cuando se enrosca el tornillo, aumenta la presión del resorte en la válvula, por lo tanto, aumenta la altura del espacio de la válvula. Esto conduce a un aumento de la resistencia hidráulica cuando el fluido se mueve a través de la válvula, es decir, a un aumento de la presión requerida para empujar una determinada cantidad de fluido.
La capacidad de una bomba de émbolo para generar alta presión compromete la integridad de las piezas en caso de que el puerto se obstruya en el asiento de la válvula. Por lo tanto, el homogeneizador está equipado con una válvula de seguridad 9, a través de la cual sale el líquido cuando la presión en la máquina es superior a la establecida. La presión a la que se abre la válvula de seguridad se ajusta apretando el resorte con un tornillo.
En la fig. La figura 4 muestra un homogeneizador de doble estrangulación en el que el líquido pasa a través de dos cabezales de trabajo en serie. En cada cabeza, la presión del resorte sobre la válvula se regula por separado, con su propio tornillo. En tales cabezas, la homogeneización ocurre en dos etapas.
La presión de trabajo en la cámara de descarga es igual a la suma de ambas diferencias. El uso de la homogeneización en dos etapas se debe principalmente al hecho de que en muchas emulsiones, después de la homogeneización en la primera etapa, se observa a la salida una retroaglomeración de las partículas dispersas y la formación de “clusters”, que empeoran el efecto de dispersión.
La tarea de la segunda etapa es romper y dispersar tales formaciones relativamente inestables.
Esto no requiere una acción mecánica tan importante, por lo que la caída de presión en la segunda etapa auxiliar del homogeneizador es mucho menor que en la primera, de cuyo funcionamiento depende principalmente el grado de homogeneización.
Figura 4 - Esquema de homogeneización en dos etapas
En el diseño general de los homogeneizadores modernos, se aplican los principios básicos y disposiciones de estética técnica, saneamiento e higiene. Siguiendo las nuevas tendencias en el desarrollo de equipos lácteos, los nuevos diseños de homogeneizadores son aerodinámicos, revestidos y cubiertos con carcasas de acero inoxidable con una superficie pulida.
Con base en el rendimiento del homogeneizador y las consideraciones de diseño, para el prototipo elegimos un homogeneizador marca A1 - OGM - 2.5.
La homogeneización se ha convertido en un proceso de fabricación estándar ampliamente practicado como un medio para evitar que la emulsión de grasa se separe debido a la gravedad. Gaulin, quien desarrolló este proceso en 1899, le dio la siguiente definición en francés: "Fixer la composer des liquides".
Primero, la homogeneización conduce a la división de los glóbulos de grasa en otros mucho más pequeños (ver Fig. 1). Como resultado, se reduce la formación de crema y también se puede reducir la tendencia de las bolas a pegarse oa formar grandes aglomerados. Básicamente, la leche homogeneizada se produce mecánicamente. Se conduce a alta velocidad a través de un canal estrecho.
La destrucción de los glóbulos de grasa se logra mediante una combinación de factores como la turbulencia y la cavitación. Como resultado, el diámetro de las bolas disminuye a 1 micra, y esto se acompaña de un aumento de cuatro a seis veces en el área de la superficie intermedia entre la grasa y el plasma. Como resultado de la redistribución de la sustancia de la cubierta, que cubrió completamente los glóbulos de grasa antes de su destrucción, los glóbulos recién formados tienen cubiertas insuficientemente fuertes y gruesas. Estas membranas también incluyen proteínas de plasma de leche adsorbidas.
Fox, junto con sus colegas, investigó el complejo grasa-proteína obtenido al homogeneizar la leche. Demostró que la caseína es el componente proteico del complejo y que posiblemente esté asociada a la fracción grasa a través de fuerzas de atracción polares. También descubrió que las micelas de caseína se activan al pasar por la válvula del homogeneizador, predisponiéndolas a interactuar con la fase grasa.
Requisitos del proceso
La condición física y la concentración de la fracción grasa durante la homogeneización afectan el tamaño de los glóbulos de grasa. La homogeneización de la leche fría, en la que la grasa está principalmente presente en estado solidificado, es prácticamente inviable. El procesamiento de la leche a una temperatura de 30-35 °C conduce a una dispersión incompleta de la fracción grasa. La homogeneización es realmente eficaz cuando toda la fase grasa se encuentra en estado líquido y en concentraciones normales para la leche. Los alimentos con un alto contenido de grasa tienden a formar grandes glóbulos de grasa, especialmente en bajas concentraciones de proteína de suero con un alto contenido de grasa. La nata con un contenido de grasa de más del 12 % no se puede homogeneizar con éxito a una presión elevada estándar porque, debido a la falta de material de membrana (caseína), los glóbulos de grasa se pegan formando racimos. Para una homogeneización suficientemente eficaz, un gramo de grasa debe tener 0,2 gramos de caseína.
Los procesos de homogeneización a alta presión dan como resultado la formación de pequeños glóbulos de grasa. Con un aumento de la temperatura de homogeneización, aumenta la dispersión de la fase grasa, en proporción a la disminución de la viscosidad de la leche a temperaturas elevadas.
Normalmente la homogeneización se realiza a una temperatura de 55 a 80°C, bajo una presión de 10 a 25 MPa (100-250 bar), dependiendo del tipo de producto que se esté procesando.
Características de flujo
Cuando el flujo pasa por un canal angosto, su velocidad aumenta (ver Fig. 2). La velocidad aumentará hasta que la presión estática disminuya a un nivel en el que hierva el líquido. La velocidad máxima depende principalmente de la presión de entrada. A medida que el fluido sale de la ranura, la velocidad disminuye y la presión comienza a aumentar. La ebullición del líquido se detiene y las burbujas de vapor explotan.
Teorías de homogeneización
A lo largo de los años de aplicación del proceso de homogeneización han surgido muchas teorías que explican el mecanismo de homogeneización a altas
presión. Dos teorías que explican el sistema agua-aceite disperso por analogía con la leche, donde el diámetro de la mayoría de las gotas es inferior a 1 micra, no han quedado obsoletas hasta la fecha.
Proporcionan una explicación de la influencia de varios parámetros en la eficiencia de la homogeneización.
La teoría de la destrucción de bolas por remolinos turbulentos ("microvórtices") se basa en el hecho de que una gran cantidad de microflujos turbulentos surgen en un fluido que se mueve a alta velocidad.
Si un microflujo turbulento choca con una gota comparable a él, este último se destruye. Esta teoría permite predecir cambios en los resultados de la homogeneización con cambios en la presión aplicada. Este vínculo se ha encontrado en muchos estudios.
Por otro lado, la teoría de la cavitación establece que las gotas de grasa son destruidas por las ondas de choque que se producen cuando explotan las burbujas de vapor. Según esta teoría, la homogeneización ocurre cuando el líquido sale del espacio. Por lo tanto, la contrapresión requerida para la cavitación es de gran importancia en este caso. Esto ha sido confirmado en la práctica. Sin embargo, la homogeneización es posible sin cavitación, pero en este caso es menos eficaz.
Fig. 3 Destrucción de glóbulos de grasa en la primera y segunda etapa de homogeneización.
1 Después de la primera etapa
2 Después de la segunda etapa
Homogeneización de una y dos etapas
Los homogeneizadores pueden estar equipados con un cabezal de homogeneización o dos conectados en serie. De ahí el nombre: homogeneización de una etapa y homogeneización de dos etapas. Ambos sistemas se muestran en las figuras 5 y 6. En la homogeneización de una sola etapa, se utiliza toda la caída de presión
en un solo paso. Con la homogeneización en dos etapas, el total
la presión se mide antes de la primera etapa P 1 y antes de la segunda etapa P 2 .
Para una eficiencia de homogeneización óptima, se suele utilizar una variante de dos etapas. Pero los resultados deseados se pueden obtener si la relación P 2: P 1 es de aproximadamente 0,2. La versión de una etapa se utiliza para la homogeneización
- productos bajos en grasa
- productos que requieren alta viscosidad (formación de ciertos aglomerados).
- en productos que requieren baja viscosidad
- para lograr la máxima eficiencia de homogeneización (micronización).
La Figura 3 muestra la formación y destrucción de acumulaciones de glóbulos de grasa en la segunda etapa de homogeneización.
Influencia de la homogeneización en la estructura y propiedades de la leche
El efecto de la homogeneización tiene un efecto positivo en la estructura física.
y propiedades de la leche y se manifiesta en lo siguiente:
- Reducir el tamaño de los glóbulos de grasa, lo que evita que la crema se asiente
- Color más blanco y apetitoso.
- Mayor resistencia a la oxidación de grasas.
- Aroma y sabor mejorados
- Mayor seguridad de los productos lácteos fermentados elaborados con leche homogeneizada.
Sin embargo, la homogeneización también tiene ciertas desventajas. Entre ellos:
- Imposibilidad de separación de la leche homogeneizada
- Un ligero aumento de la sensibilidad a la luz, tanto de la luz del sol como de las lámparas fluorescentes, puede provocar el llamado sabor soleado.
- Resistencia al calor reducida - especialmente pronunciada cuando se prueba la primera etapa de homogeneización, homogeneización de leche descremada y en otros casos que contribuyen a la formación de acumulaciones de glóbulos de grasa
- La inadecuación de la leche para la producción de quesos semiduros y duros, ya que el coágulo no separará bien el suero.
Homogeneizador
Por lo general, se requieren homogeneizadores de alta presión para garantizar la máxima eficiencia de homogeneización.
El producto ingresa a la unidad de bombeo, donde es presurizado por una bomba de pistón. El nivel de presión generado depende de la contrapresión determinada por la distancia entre el pistón y el asiento en el cabezal de homogeneización. La presión P 1 siempre significa la presión de homogeneización. P 2 es la contrapresión de la primera etapa de homogeneización o la presión a la entrada de la segunda etapa.
Fig.4 El homogeneizador es una gran bomba de alta presión con un dispositivo de contrapresión.
1 motor de accionamiento principal
2 transmisión por correa trapezoidal
3 Manómetro
4 mecanismo de manivela
5 pistones
6 Sello de pistón
7 Bloque de bomba de acero inoxidable fundido
8 válvulas
9 Cabeza homogeneizadora
10 Sistema hidráulico
Fig. 5 Homogeneización en una sola etapa. Esquema del cabezal homogeneizador:
1 válvula
2 Anillo de impacto
3 silla de montar
4 Accionamiento hidráulico
Bomba de alta presión
La bomba de pistón es impulsada por un potente motor eléctrico (pos. 1 en la Fig. 4) a través del cigüeñal y las bielas; esta transmisión convierte la rotación del motor en un movimiento alternativo de los pistones de la bomba.
Los pistones (pos. 5) se mueven en el bloque de cilindros de alta presión.
Están hechos de material de alta resistencia. Los pistones están equipados con sellos dobles. Se suministra agua al espacio entre los sellos para enfriar los pistones. Allí también se puede suministrar condensado caliente para evitar la recontaminación del producto con microorganismos durante el funcionamiento del homogeneizador. También es posible utilizar condensado caliente para mantener las condiciones de producción aséptica del producto durante el funcionamiento del homogeneizador.
cabezal homogeneizador
Las figuras 5 y 6 muestran el cabezal homogeneizador y su sistema hidráulico. La bomba de pistón eleva la presión de la leche desde 300 kPa (3 bar) en la entrada hasta una presión de homogeneización de 10-15 MPa (100-240 bar), según el tipo de producto. La presión a la entrada de la primera etapa antes del mecanismo (presión de homogeneización) se mantiene constante automáticamente. La presión de aceite en el pistón hidráulico y la presión de homogeneización en la válvula se equilibran entre sí. El homogeneizador está equipado con un tanque de aceite común, independientemente de si es una versión de una o dos etapas. Sin embargo, en un homogeneizador de dos etapas, hay dos sistemas hidráulicos, cada uno con su propia bomba. La nueva presión de homogeneización se establece cambiando la presión del aceite. La presión de homogeneización se indica en el manómetro de alta presión.
El proceso de homogeneización tiene lugar en la primera etapa. El segundo sirve principalmente para dos propósitos:
Creando una contrapresión constante y controlada hacia la primera etapa, asegurando así condiciones óptimas de homogeneización
Destrucción de grupos pegajosos de glóbulos de grasa que se forman inmediatamente después de la homogeneización (ver Fig. 3).
Tenga en cuenta que la presión de homogeneización es la presión antes de la primera etapa, no la presión diferencial.
Las partes del cabezal homogeneizador se mecanizan en una rectificadora de precisión. El anillo de choque se asienta en su lugar de tal manera que su superficie interna quede perpendicular a la salida de la ranura. El asiento está biselado en un ángulo de 5 grados para dar al producto una aceleración controlada, evitando así el desgaste acelerado que de otro modo sería inevitable.
La leche a alta presión penetra entre el asiento y la válvula. El ancho del espacio es de aproximadamente 0,1 mm, que es 100 veces el diámetro de la presión grasa producida por la bomba de pistón, convertida en energía cinética. Parte de esta energía después de pasar por el mecanismo se convierte nuevamente en presión. La otra parte se libera en forma de calor; cada 40 bar de caída de presión después de pasar por el mecanismo aumenta la temperatura en 1°C. La homogeneización consume menos del 1% de toda esta energía y, sin embargo, la homogeneización a alta presión sigue siendo el método más eficiente disponible en la actualidad.
Figura 6
homogeneización en dos etapas.
1 Primer paso
2 Segundo paso
Eficiencia de homogeneización
El propósito de la homogeneización depende de cómo se aplique. En consecuencia, los métodos de evaluación de la eficacia también están cambiando.
De acuerdo con la ley de Stokes, la velocidad de crecimiento de una partícula está determinada por la siguiente fórmula, donde: v es la velocidad
q es la aceleración de la gravedad p es el tamaño de la partícula η hp es la densidad del líquido η ip es la densidad de la partícula t es la viscosidad
O v = constante x p 2
De la fórmula se deduce que la reducción del tamaño de las partículas es una forma eficaz de reducir el aumento de la velocidad. Por lo tanto, una disminución en el tamaño de las partículas en la leche conduce a una disminución en la tasa de sedimentación de la crema.
Métodos analíticos
Los métodos analíticos para determinar la eficiencia de la homogeneización pueden ser
dividido en dos grupos:
I. Determinación de la tasa de sedimentación de la crema
La forma más antigua de determinar el tiempo de sedimentación de la crema es tomar una muestra, dejarla reposar durante un tiempo determinado y luego analizar el contenido de grasa de las diferentes capas. El método USPH se basa en este principio. Por ejemplo, una muestra de un litro se envejece durante 48 horas, después de lo cual se determina el contenido de grasa en la capa superior (100 ml), así como en el resto de la leche. La homogeneización se considera satisfactoria si la fracción de masa de grasa en la capa inferior es 0,9 veces menor que en la capa superior.
El método NIZO se basa en el mismo principio. De acuerdo con este método, una muestra con un volumen de, digamos, 25 ml se somete a centrifugación durante 30 minutos a una velocidad de 1000 rpm a una temperatura de 40°C y un radio de 250 mm. El contenido de grasa de la capa inferior de 20 ml se divide luego por el contenido de grasa de toda la muestra y el resultado se multiplica por 100. Esta relación se denomina valor NIZO. Para la leche pasteurizada, suele ser del 50 al 80 %.
II. Análisis fraccionario
La distribución del tamaño de partículas o gotitas en una muestra se puede determinar mediante un método bien establecido que utiliza una configuración de difracción láser (consulte la Fig. 7), que envía un rayo láser a la muestra en la cubeta. El grado de dispersión de la luz dependerá del tamaño y número de partículas contenidas en la leche en estudio.
El resultado se muestra en forma de gráficos de distribución de tamaño de partícula. El porcentaje de grasa en masa se presenta en función del tamaño de las partículas (tamaño de los glóbulos de grasa). La figura 8 muestra tres gráficos de distribución de tamaño de glóbulos de grasa típicos. Tenga en cuenta que a medida que aumenta la presión de homogeneización, el gráfico se desplaza hacia la izquierda.
El consumo de energía y su efecto en la temperatura
La entrada de energía eléctrica necesaria para la homogeneización se expresa mediante la siguiente fórmula:
Homogeneizador en la línea de producción.
Por lo general, el homogeneizador se instala al comienzo de la línea, es decir, antes de la sección de calentamiento final en el intercambiador de calor. En la mayoría de las plantas de pasteurización para la producción de leche potable para el mercado de consumo, el homogeneizador se encuentra después de la primera sección regenerativa.
En la producción de leche esterilizada, el homogeneizador se suele colocar al principio del proceso de tratamiento a alta temperatura en un sistema de calentamiento indirecto y siempre al final del proceso en un sistema de calentamiento directo del producto, es decir en la parte aséptica de la planta después de la sección de esterilización del producto. En este caso, se utiliza una versión aséptica del homogeneizador, equipada con sellos de pistón especiales, juntas, un condensador estéril y amortiguadores asépticos especiales.
El homogeneizador aséptico se instala después de la sección de esterilización de unidades con calentamiento directo del producto en los casos de elaboración de productos lácteos con una fracción de masa grasa superior al 6-10% y/o con un alto contenido proteico. El hecho es que a temperaturas de procesamiento muy altas en leche con alto contenido de grasa y/o proteínas, se forman acumulaciones de glóbulos de grasa y micelas de caseína. Un homogeneizador aséptico ubicado después de la sección de esterilización descompone estas partículas aglomeradas.
Homogeneización completa
La homogeneización completa es el método más común para homogeneizar la leche de consumo y la leche destinada a la producción de productos lácteos fermentados. El contenido de grasa de la leche y, a veces, el contenido
los residuos secos sin grasa (en la producción de yogur, por ejemplo) se normalizan antes de la homogeneización.
Homogeneización separada
La homogeneización separada significa que la mayor parte de la leche desnatada no está homogeneizada. Se homogeneiza la nata y una pequeña cantidad de leche desnatada. Este método de homogeneización se utiliza generalmente para la leche de consumo pasteurizada. La principal ventaja de la homogeneización por separado es su economía relativa. El consumo total de energía se reduce hasta en un 65 % debido a que pasa menos leche por el homogeneizador.
Dado que se puede lograr la mayor eficiencia de homogeneización si la leche contiene al menos 0,2 g de caseína por 1 g de grasa, el contenido máximo recomendado de grasa es del 12 %. La producción por hora de una planta en la que se lleva a cabo una homogeneización por separado se puede determinar mediante la siguiente fórmula.
La producción de leche pasteurizada normalizada (Q sm) por hora será de aproximadamente 9690 litros. Si sustituimos esta cifra en la fórmula 2, obtenemos,
que la producción por hora del homogeneizador es de aproximadamente 2900 litros,
es decir, alrededor de un tercio de su rendimiento total.
El esquema de flujos en la instalación para leche parcialmente homogeneizada se muestra en la Fig.10.
El efecto de los productos lácteos homogeneizados en el cuerpo humano.
A principios de la década de 1970, el científico estadounidense K. Oster (K. Oster) propuso la hipótesis de que la homogeneización de la leche permite que la enzima xantina oxidasa penetre a través de los intestinos en el sistema circulatorio. (La oxidasa es una enzima que cataliza la adición de oxígeno o la eliminación de hidrógeno de un sustrato). Según Oster, la xantina oxidasa contribuye al proceso de daño a los vasos sanguíneos y conduce a la aterosclerosis.
Esta hipótesis fue rechazada por los científicos con el argumento de que el propio cuerpo humano produce miles de veces más de esta enzima de lo que la leche homogeneizada teóricamente podría aportar.
Por lo tanto, no puede haber ningún daño al homogeneizar la leche. Desde un punto de vista nutricional, la homogeneización no trae ningún cambio especial, excepto, quizás, que las grasas y las proteínas se descomponen más rápido y más fácilmente en los productos homogeneizados.
Sin embargo, Oster tiene razón en que los procesos de oxidación pueden ser dañinos para el cuerpo humano y que la dieta es importante para la salud.