Optimización del proceso de pasteurización de leche por medio de modelado y simulación; caso: pequeños productores de queso en el municipio de Viacha

Abstract

El presente trabajo de tesis doctoral aborda la optimización del proceso de pasteurización de leche en unidades familiares del municipio de Viacha, donde predominan sistemas artesanales caracterizados por alta variabilidad térmica, limitaciones tecnológicas y riesgos microbiológicos asociados al manejo tradicional. El objetivo central es desarrollar un modelo dinámico y un sistema de control PID de bajo costo que permita mejorar la estabilidad térmica, la eficiencia energética y la inocuidad del proceso, integrando herramientas de modelado matemático, simulación y criterios técnicos de la industria láctea. La investigación combina tres enfoques metodológicos complementarios: (i) diagnóstico territorial y productivo mediante encuestas ejecutivas, observación técnica, manejo de leche y uso de tecnologías; (ii) modelado y simulación del sistema de pasteurización por lotes mediante ecuaciones de transferencia de calor, funciones dinámicas FOPDT y validación en MATLAB/Simulink; y (iii) diseño, ajuste y comparación de estrategias de control PID clásico, evaluando desempeño térmico, sobreimpulso, tiempo de estabilización y consumo energético. Los resultados evidencian que las microplantas artesanales presentan pérdidas térmicas entre 12 % y 22 %, variaciones de ±7 °C durante el proceso y ausencia de mecanismos automáticos de control. El sistema PID reduce a ±1,2 °C, mejora la estabilidad entre 62 y 64 °C, disminuye tiempos de procesamiento en 11 % y reduce el consumo energético entre 9 % y 14 %,. Asimismo, se confirma que la incorporación de sensores digitales, actuadores de bajo costo y algoritmos de control optimizado mejora la calidad microbiológica del producto final y garantiza mayor uniformidad en la pasteurización evidenciando menores costos unitarios, mejor uso de la capacidad instalada y mayor margen para productores.