ES2882209T3

ES2882209T3 - Medición de un flujo másico

Info

Publication number: ES2882209T3
Application number: ES18743460T
Authority: ES
Inventors: Robert Hartmann; Matthias Rother
Original assignee: Hochland SE
Current assignee: Hochland SE
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2038-07-18
Also published as: AU2018305854B2; EP3658862B1; EP3658862A1; JP2020527231A; NZ759653A; WO2019020459A1; DE102017116601A1; CA3066675C; RU2727089C1; PL3658862T3; JP6873309B2; CA3066675A1; AU2018305854A1; US11422017B2; AR112567A1; US20200149941A1

Abstract

Procedimiento para determinar un flujo másico específico de un producto alimenticio altamente viscoso (1) con una viscosidad superior a 100 cP (0,1 Pa·s), que se alimenta o descarga durante un procesamiento en un flujo de transporte continuo en un recipiente intermedio (2) por medio de una bomba de alimentación (4), en el que con un equipo de pesaje (7) se determina la variación de la masa del producto alimenticio (1) en el recipiente intermedio (2) a lo largo de un periodo de tiempo definido, que se encuentra en particular en el intervalo de uno o varios minutos (Δm/Δt), en el que en el mismo periodo de tiempo se registra un parámetro de bomba de la bomba de alimentación (4), que es proporcional a la capacidad de transporte esperada, promediándose variaciones del parámetro de bomba a lo largo del periodo de tiempo dando un parámetro de bomba medio, calculándose y emitiéndose el flujo másico específico actual como cociente de la variación temporal de la masa Δm/Δt y el parámetro de bomba promedio.

Description

DESCRIPCIÓN

Medición de un flujo másico

La invención se refiere a un procedimiento para determinar un flujo másico específico de un producto alimenticio altamente viscoso con una viscosidad superior a 100 cP (0,1 Pas), en particular superior a 1000 cP (1 Pas), en el que el producto alimenticio, que es en particular una mezcla en bruto de queso fundido de altamente viscosa a pastosa, durante el procesamiento en un flujo de transporte continuo, se alimenta o descarga a un recipiente intermedio por medio de una bomba de alimentación. La invención se refiere además a un sistema para la realización del procedimiento. Como es sabido, las mediciones del flujo másico de un producto fluido se pueden efectuar con sondas de medición de flujo másico convencionales. En particular, se conocen para estos fines medidores de flujo magnéticos inductivos (MID), en los que el producto, que tiene que presentar al menos una conductividad baja, fluye a través de un tubo metálico que se atraviesa por un campo magnético. En el tubo se encuentran electrodos de medición con los que se mide la variación de la tensión de medición generada por inducción debida al flujo de producto. En el caso de las mezclas en bruto de queso fundido, tales MID solo proporcionan valores de medición fiables hasta cierto punto después de un breve periodo de tiempo de uso, en particular debido a la acumulación del producto en el tubo y en las sondas.

Además, se conocen medidores de flujo másico que se basan en el principio de Coriolis. En estos medidores de flujo, un codo de tubo a través del cual fluye el producto genera vibraciones, que se miden con sensores colocados en los extremos del codo de tubo, deduciéndose el flujo másico a partir de la diferencia de fase. Para la medición en productos altamente viscosos, tales como las mezclas en bruto de queso fundido, no son adecuados tales sensores, dado que se obstruyen rápidamente debido a las líneas acodadas. Además, estos medidores de flujo másico son relativamente caros.

En la práctica, el flujo másico de un producto altamente viscoso de este tipo también se puede determinar por medio de la bomba de alimentación que bombea el producto a través de las tuberías durante el procesamiento. Estas disposiciones se basan en la suposición simplificadora de que la velocidad de giro de la bomba con una característica de bomba lineal es directamente proporcional a la masa transportada. En el caso de un producto, tal como una mezcla en bruto de queso fundido, sin embargo, esta suposición solo se justifica parcialmente debido a las considerables fluctuaciones de densidad o porosidad, de modo que el tipo de medición alcanza rápidamente su límite, en particular con productos cambiantes, especialmente porque el deslizamiento en la bomba cambia con el tiempo. Por lo tanto, si bien la suposición de flujo másico lineal se justifica con un estado operativo conocido y la precisión de la medición del flujo es suficiente; sin embargo, a largo plazo, el sistema tiene que volver a calibrarse una y otra vez.

Por lo demás, el flujo se puede determinar a través de una variación temporal de la masa de un producto en un recipiente intermedio como un casi "término medio de escala móvil" por medio de un equipo de pesaje. A este respecto se mide el peso decreciente del recipiente intermedio, que resulta de la descarga del producto del recipiente intermedio hacia pasos de procesamiento adicionales. Con esta denominada "Loss in Weight Feeding" (pérdida de peso en la alimentación) es posible estimar el flujo másico promediado con bastante precisión independientemente del producto y su densidad. Tales procedimientos se conocen, por ejemplo, por el documento US 2004/0186621 A1, el documento US 4.796.782 y el documento US 3.252.618. No obstante, con este método de "Loss in Weight Feeding", no se pueden registrar fluctuaciones a corto plazo que se producen dentro del intervalo de medición.

Por el documento JP 2003-075213 A se conoce tal "Loss in Weight Feeding", en la que adicionalmente se mide un parámetro operativo de la bomba de alimentación para poder determinar mediante cálculo un caudal volumétrico.

Es objetivo de la invención ahora proponer un procedimiento que se pueda implementar de manera sencilla y económica y con el que se pueda determinar de manera fiable un flujo másico actual y específico de un producto alimenticio altamente viscoso, tal como en particular una mezcla en bruto de queso fundido, y con el que se pueda realizar una regulación de capacidad de la bomba de alimentación también en el caso de diferentes estados del producto alimenticio. Además, el objetivo es crear un sistema correspondiente para la realización del procedimiento.

Estos objetivos se consiguen mediante el procedimiento según la reivindicación 1 y el sistema según la reivindicación 9. Configuraciones preferidas resultan de las respectivas reivindicaciones dependientes.

El núcleo de la invención se basa, de acuerdo con las reivindicaciones, en una combinación de dos de los procedimientos descritos anteriormente. De acuerdo con la invención, por un lado, la variación temporal de la masa (Am/At) del producto alimenticio en el recipiente intermedio se determina por medio de un equipo de pesaje a lo largo de un periodo de tiempo definido, que se encuentra en particular en el intervalo de uno o varios minutos. Al mismo tiempo, en el mismo periodo de tiempo se registra un parámetro de bomba de la bomba de alimentación, que se supone que es proporcional a la capacidad de transporte esperada. Como parámetro de este tipo es adecuada, por ejemplo, la frecuencia del convertidor de frecuencia con el que se controla el motor de la bomba de alimentación. Esta frecuencia está en cierta proporcionalidad con la velocidad de giro de la bomba de alimentación. De acuerdo con la invención, las variaciones del parámetro de bomba seleccionado se promedian a lo largo del periodo de tiempo, de modo que resulta un valor medio, por lo tanto un "parámetro de bomba medio". A continuación, se calcula un valor para el flujo másico "específico" actual a partir de estas magnitudes de medición como cociente de la variación temporal de la masa Am/At y el parámetro de bomba promediado a lo largo del mismo tiempo y se emite para su procesamiento posterior. Con el valor del flujo másico específico, se puede ajustar entonces un flujo másico real, suponiendo la linealidad del parámetro de bomba.

El procedimiento conduce a valores de medición especialmente fiables dado que, por un lado, por medio de la bomba de alimentación, a través del parámetro de bomba, por ejemplo, la "velocidad de giro" - o a través de la frecuencia proporcional a ello del convertidor de frecuencia en [Hz] - se pueden registrar fluctuaciones a corto plazo y permite, por otro lado, a la célula de pesaje, establecer exactamente la variación media de la masa en una unidad de peso, tal como kilogramo o libra, a lo largo del periodo de tiempo de la medición. A partir de la variación del peso intermedio a lo largo del periodo de tiempo y a partir de la velocidad de giro promedio de la bomba de alimentación con una característica de bomba lineal, se puede calcular entonces un valor para una "capacidad de transporte específica" en una unidad "masa por parámetro de bomba", en particular masa por velocidad de giro o frecuencia del convertidor, por ejemplo en kg/Hz o lb/Hz, calcular y promediar a lo largo de un periodo de tiempo definido. Mediante multiplicación de este valor para la "capacidad de transporte específica" con el parámetro de bomba ajustado actualmente, por ejemplo, la frecuencia, se puede deducir el flujo másico actual.

Con el modo de proceder de acuerdo con la invención se pueden procesar productos alimenticios de diferentes consistencias y temperaturas: El procedimiento es especialmente adecuado para procesar mezclas de queso pastosas y/o en trozos y/o productos de queso, para procesar productos cárnicos tales como carne picada y masa de carne en trozos, para procesar frutas y verduras en consistencia gruesa o pulposa, para procesar alimentos para bebés y mascotas, así como para procesar cualquier otro producto alimenticio bombeable.

Una ventaja particular del modo de proceder de acuerdo con la invención es que el flujo másico actual de un producto alimenticio que se va a procesar en frío o en caliente se puede determinar con mucha precisión en cualquier momento, de modo que se puede implementar una receta con el producto alimenticio en la que al producto alimenticio se le añadan ingredientes adicionales tales como agua, especias y colorantes.

Ventajosamente, se predetermina el periodo de tiempo durante el cual se determina la variación de masa y se registra el parámetro de bomba en función de las características del producto alimenticio y su comportamiento durante el procesamiento. En general, el periodo de tiempo se seleccionará lo suficientemente largo para promediar las fluctuaciones esperadas a corto plazo. Por otro lado, el periodo de tiempo no debe seleccionarse tan largo que cambien las características del producto alimenticio y el comportamiento en el proceso. En el caso de las preparaciones de queso fundido que se van a procesar, han resultado útiles periodos de tiempo del orden de magnitud de medio minuto a unos pocos minutos.

Dado que se mide actualmente la capacidad de transporte específica en cada caso, el procedimiento de acuerdo con la invención es insensible a variaciones en las condiciones tales como las propiedades de bomba y las propiedades del producto que se va a bombear, su viscosidad, porosidad, densidad y coeficiente de fricción pueden fluctuar en el transcurso de procesamiento. En particular, la insensibilidad frente a altas viscosidades y porosidades hace que el procedimiento sea especialmente adecuado para su uso en el procesamiento de mezclas en bruto de queso fundido. Debido a las mediciones actualizadas constantemente, el desgaste de la bomba también se tiene en cuenta en el resultado de medición.

La invención se puede resumir claramente en que el valor del flujo másico, que está afectado por los errores mencionados anteriormente, que se ajusta a través de los parámetros de la bomba de alimentación, se corrige con un valor medido y promediado actualmente de la variación de masa, como resulta del pesaje. Por ejemplo, a través del equipo de pesaje se puede haber establecido una disminución de masa en el recipiente intermedio de 50 kg en el plazo del último minuto. En este periodo de tiempo, la bomba de alimentación ha girado con una velocidad media de 3 revoluciones por segundo a 40 Hz establecido en el convertidor de frecuencia. De acuerdo con la invención, a partir de estos valores resulta un flujo másico específico actual de 75 kg por (h*Hz).

Los parámetros característicos en el procesamiento de una mezcla en bruto de queso fundido son para la velocidad de giro de la bomba de alimentación de apenas 300 revoluciones por minuto, lo que está asociado con una velocidad de giro en el motor de la bomba de alimentación de apenas 1500 revoluciones por minuto y una frecuencia en el convertidor de frecuencia de 50 Hz.

La magnitud determinada de esta manera puede denominarse capacidad de transporte "específica" porque, en última instancia, es independiente del tiempo. Finalmente, la unidad de tiempo en el cálculo se reduciría a (h*Hz)] = [kg/(h*(revoluciones/h))] = [kg/revolución].

Suponiendo que la bomba de alimentación tiene una característica lineal con respecto al parámetro de bomba registrado, la capacidad de transporte "específica" calculada de esta manera se puede usar para ajustar exactamente el flujo másico deseado para el proceso de procesamiento del producto alimenticio altamente viscoso durante el funcionamiento especificando el parámetro de bomba, en particular, especificando la frecuencia del convertidor de frecuencia.

El procedimiento de acuerdo con la invención se puede utilizar de manera especialmente ventajosa en el procesamiento de aquellos productos alimenticios que únicamente presentan un número definido de estados operativos diferentes, definiéndose los estados operativos por la capacidad de ser bombeados por la bomba de alimentación. Las mezclas en bruto de queso fundido en cuestión son productos alimenticios con solo pocos estados operativos, a lo largo de los que la curva característica de la bomba de alimentación se comporta de forma lineal en cada caso. El comportamiento lineal de los estados operativos se utiliza ventajosamente para regular la bomba de alimentación y, en particular, para ajustar un flujo de transporte determinado en el contexto de una línea de llenado.

Como se ha encontrado, el procedimiento de acuerdo con la invención es adecuado para el procesamiento de productos alimenticios de altamente viscosos a pastosos, en particular mezclas en bruto de queso fundido, que presentan durante su procesamiento una viscosidad superior a 1000 cP (1 Pas), en particular superior a 5000 cP (5 Pas). Así, mezclas en bruto de queso fundido típicas tienen viscosidades entre 10.000 cP y 40.000 cP (entre 10 Pas y 40 Pas).

La invención se explica con más detalle a continuación por medio de un ejemplo de realización mostrado en la figura:

La figura muestra el esquema de un sistema para determinar el flujo másico específico de acuerdo con la invención de un producto alimenticio altamente viscoso que presenta una viscosidad superior a 1000 cP (1 Pas). El sistema mostrado en este caso está integrado en un proceso de procesamiento en el que, en el presente caso, se mezclan diferentes tipos de queso natural para formar una mezcla en bruto de queso fundido 1 y se alimenta a un recipiente intermedio 2 a través de una tubería 3. En el contexto de los siguientes pasos de procesamiento, esta mezcla en bruto de queso fundido se funde para ser alimentada al final de una máquina de conformado y envasado del producto. Se utilizan bombas de alimentación 4 concebidas correspondientemente para el transporte del producto a través de las tuberías.

En el ejemplo de realización mostrado, la mezcla en bruto de queso fundido 1 se descarga del recipiente intermedio 2 por la bomba de alimentación 4 a través de una tubería 5. A la bomba de alimentación 4 está asociado un aparato de control 6 que, a través de la línea de datos bidireccional 11, ajusta la velocidad de giro y, por lo tanto, la cantidad de transporte actual por medio de un convertidor de frecuencia. El recipiente intermedio 2 se encuentra sobre un equipo de pesaje 7 con el que el peso del recipiente intermedio 2, que está disminuyendo como resultado de un flujo de transporte continuo en la medida de lo posible, se mide como variación temporal de la masa (Am/At) y se promedia a lo largo de un periodo de tiempo definido predeterminable. El valor de la variación temporal promedio de la masa

^{7 T = «} [ kg /h ]

se emite a través de una línea de datos 8 a un medio 9 para calcular el flujo másico específico. Los medios son implementados a este respecto por un ordenador 9.

Al mismo tiempo, a través de un medio correspondiente, en este caso mediante el aparato de control 6, se determina un parámetro de bomba proporcional a la capacidad de transporte que cabe esperar, en el presente caso en particular, el valor medio de la frecuencia usada para el control en Hz, que es proporcional a la velocidad de giro de la bomba. También este valor

/[H z]

se emite al ordenador 9 a través de una línea de datos 10. A partir de la variación promedio de la masa medida en el periodo de tiempo definido y el parámetro de bomba promedio determinado en aproximadamente el mismo periodo de tiempo, el ordenador 9 calcula el flujo másico específico actual como cociente de las dos magnitudes de entrada en el siguiente caso para dar

" mdespee = - -f ^l [ -h H ^{^} z ^l \.

Este caudal másico específico puede entenderse como la pendiente de una recta en un diagrama 12 en el que el flujo másico en [kg/h] se representa frente a la frecuencia del convertidor en [kg/h]. A este respecto el flujo másico específico depende del estado operativo 13 en el que se encuentra el producto. Un producto tal como la masa en bruto de queso fundido de la que se trata en este caso tiene pocos estados operativos 13 definidos (naturales), en el presente caso, por ejemplo, que se diferencian en la fluidez. Durante el procesamiento, se conoce en todo momento el estado operativo 13 en el que se encuentra actualmente el producto y, por tanto, el valor del flujo másico específico.

Con el valor del flujo másico específico, se puede ajustar el flujo másico que se va a transportar por la bomba de alimentación especificando una frecuencia determinada en el convertidor de frecuencia:

■ k£

WL Wlespec ^* f

. h .

Todo el proceso de fabricación, en particular el flujo de transporte en una línea de llenado, se puede controlar a través del flujo másico que se puede especificar de esta manera.

Un uso especialmente ventajoso del modo de proceder de acuerdo con la invención en la fabricación de productos de queso fundido reside en la posibilidad de ajustar o regular la consistencia de la masa en bruto que se va a procesar:

Se sabe que la degradación de las proteínas ha progresado en diferente medida según el grado de maduración del queso crudo utilizado en el queso fundido. A este respecto, el queso pierde su capacidad de formar estructura a medida que madura, por lo que es necesario ajustar mayores contenidos de materia seca para garantizar la consistencia deseada. Por otro lado, cuando se utilizan materias primas particularmente jóvenes, se puede ahorrar materia seca, por lo que se tiene que respetar la masa seca especificada como límite inferior. Dado que las fluctuaciones en el grado de maduración del queso crudo madurado utilizado generalmente solo se hacen evidentes en el proceso de fusión, es ventajoso aumentar de manera dirigida la masa seca en la mezcla en bruto y ajustar a través de una dosificación de agua en cantidades exactas de modo que la consistencia final del queso fundido corresponda a las especificaciones. Sin embargo, para poder garantizar una dosificación de agua en cantidades exactas en el caso de cantidades de producción fluctuantes, se tiene que conocer el caudal de la mezcla en bruto de queso.

Con el procedimiento de acuerdo con la invención de la medición de cantidades se puede ajustar de manera fiable este valor, de modo que sea posible un control de consistencia o regulación de consistencia de este tipo. A este respecto, el suministro de agua puede tener lugar con precisión de volumen por medio de una bomba de membrana de pistón, que se regula de manera automatizada a un valor teórico de viscosidad, pudiendo medirse este con un viscosímetro en línea. Como alternativa, la regulación del suministro de agua también puede tener lugar manualmente. En este caso, al operador de la instalación se le representa visualmente la desviación de la consistencia teórica.

Otro uso del modo de proceder de acuerdo con la invención es una regulación de instalación especialmente ventajosa en un proceso de calentamiento continuo. El fin de esta regulación de instalación es calentar una cantidad de producto definida en [kg/h] a una temperatura definida, regulándose la cantidad de producto generalmente a través de magnitudes indirectas, tales como la velocidad de giro de bomba o frecuencia del convertidor de frecuencia, y no a través de la cantidad de producto efectivamente alimentada en [kg/h]. Sin embargo, el ajuste a través de magnitudes indirectas solo está permitido mientras se procesa un producto homogéneo con densidad y temperatura inicial uniformes. Solo entonces las velocidades de giro de bomba específicas y frecuencias del convertidor de frecuencia se correlacionan con rendimientos de la instalación específicos.

Como ya se expuso anteriormente, las mezclas en bruto de queso fundido tienen un comportamiento diferente. Así, en función de la receta, el contenido de grasa y la temperatura, se obtienen diferentes porosidades y propiedades de transporte. En la práctica, esto puede llevar, por ejemplo, a que una bomba transporta entre 80 y 110 kg/h/Hz con el mismo ajuste en el convertidor de frecuencia.

Este problema puede contrarrestarse de acuerdo con la invención por que el flujo másico efectivo (kg/h) medido de acuerdo con la invención se utiliza para la regulación en lugar de la velocidad de giro de bomba pura o la frecuencia de convertidor de frecuencia. Esto es robusto frente al comportamiento de transporte fluctuante de la bomba y las inhomogeneidades en la naturaleza del producto.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para determinar un flujo másico específico de un producto alimenticio altamente viscoso (1) con una viscosidad superior a 100 cP (0,1 Pas), que se alimenta o descarga durante un procesamiento en un flujo de transporte continuo en un recipiente intermedio (2) por medio de una bomba de alimentación (4),

en el que con un equipo de pesaje (7) se determina la variación de la masa del producto alimenticio (1) en el recipiente intermedio (2) a lo largo de un periodo de tiempo definido, que se encuentra en particular en el intervalo de uno o varios minutos (Am/At),

en el que en el mismo periodo de tiempo se registra un parámetro de bomba de la bomba de alimentación (4), que es proporcional a la capacidad de transporte esperada, promediándose variaciones del parámetro de bomba a lo largo del periodo de tiempo dando un parámetro de bomba medio,

calculándose y emitiéndose el flujo másico específico actual como cociente de la variación temporal de la masa Am/At y el parámetro de bomba promedio.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado

por que como producto alimenticio se procesa una mezcla en bruto de queso fundido de altamente viscosa a pastosa (1) con una viscosidad superior a 1000 cP (1 Pas), en particular superior a 5000 cP (5 Pas).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,

caracterizado

por que el producto alimenticio (1) se descarga del recipiente intermedio (2) por medio de la bomba de alimentación (4) y se determina la disminución de la masa en consecuencia.

4. Procedimiento según la reivindicación 3,

caracterizado

por que como parámetro de bomba se registra la velocidad de giro de la bomba de alimentación (4) por unidad de tiempo y/o se utiliza un parámetro que se encuentra en relación proporcional con la velocidad de giro, en particular la frecuencia del convertidor de frecuencia utilizado para controlar la bomba de alimentación (4) en la unidad [Hz].

5. Procedimiento según la reivindicación 4,

caracterizado

por que el flujo másico específico actual se calcula en la unidad "kilogramo por hora y por revoluciones de la bomba de alimentación" o "kilogramo por hora y por Hz del convertidor de frecuencia".

6. Procedimiento según la reivindicación 4 o 5,

caracterizado

por que el flujo másico específico se asocia a uno de varios estados operativos de la bomba de alimentación (4), correlacionándose los estados operativos con diferentes estados físicos del producto alimenticio, en particular con diferentes viscosidades y/o porosidades y/o densidades y/o coeficientes de fricción del producto alimenticio.

7. Procedimiento según la reivindicación 6,

caracterizado

por que el comportamiento lineal de los estados operativos se usa para la regulación de la bomba de alimentación (4) para el ajuste de un flujo de transporte determinado, en particular del flujo de transporte de una línea de llenado.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado

por que a partir del valor del flujo másico específico se ajusta el flujo másico que se va a transportar por la bomba de alimentación (4), especificando una magnitud para el parámetro de bomba, en particular especificando la frecuencia en el convertidor de frecuencia.

9. Sistema para determinar un flujo másico específico de un producto alimenticio altamente viscoso (1) con una viscosidad superior a 100 cP (0,1 Pas), en particular superior a 1000 cP (1 Pas), que presenta un recipiente intermedio (2) y una bomba de alimentación (4) para la alimentación o descarga del producto alimenticio (1) hacia o desde el recipiente intermedio (2) en un flujo de transporte continuo que comprende:

un equipo de pesaje (7) para determinar la variación temporal de la masa (Am/At) del producto alimenticio (1) en el recipiente intermedio (2) a lo largo de un periodo de tiempo definido,

medios para determinar un parámetro de bomba medio, proporcional a la capacidad de transporte que cabe esperar de la bomba de alimentación (4) en el mismo periodo de tiempo y

medios para calcular y emitir el flujo másico específico actual como cociente de la variación temporal de la masa Am/At y el parámetro de bomba promediado.