En este ejemplo práctico, el desarrollo de una tecnología de limpieza efectiva de un silo de harina requirió la aplicación de distintos limpiadores y métodos de limpieza disponibles para garantizar el máximo nivel de higiene.

En la actualidad, el mundo está poblado por 7.000 millones de personas aproximadamente, y se calcula que en 2050, esta cifra habrá ascendido a 9.000 millones. Alrededor del 50% de las personas que poblarán la tierra en 2050 ya han nacido. Esto se ha convertido en una realidad gracias a las modernas tecnologías de producción, que permiten llevar una vida mejor y más sana a todas las personas. En particular, los avances en tecnología de elaboración alimentaria han contribuido significativamente a realizar mejoras en la calidad, funcionalidad y seguridad de los alimentos. 

Pese a que los impresionantes avances tecnológicos ofrecen grandes oportunidades, también plantean enormes desafíos. La producción eficiente y rentable de productos alimentarios de alta calidad, favorecida por las nuevas tecnologías de procesamiento, resulta necesaria para satisfacer las necesidades de la creciente población global. Sin embargo, no es posible implementar una producción efectiva y rentable sin cumplir con los requisitos más exigentes de limpieza y seguridad en la fabricación y manipulación de alimentos. Para garantizar el cumplimiento de todos estos requisitos es preciso aplicar un proceso tecnológico extenso y detallado. Por lo tanto, la amplia experiencia en procesos de los ingenieros actuales debe sincronizarse con las necesidades de la industria de procesamiento de alimentos para garantizar el máximo nivel de eficiencia, higiene y seguridad de los productos. 

La optimización de los procesos de limpieza en una planta de procesamiento es un medio fundamental para alcanzar estos objetivos. A modo de ejemplo, los ingenieros de GEA trabajaron estrechamente con un conocido fabricante de productos de pastelería para buscar soluciones efectivas ante los desafíos que presenta la limpieza de los silos de harina.

Silos de harina: Reto de limpieza

Silo de harina
Componente para limpiar: silo de aluminio para harina: 3,5 m de diámetro y 33 m de altura

Los productos del fabricante pastelero se elaboran conforme a los estándares de calidad más elevados y cumplen con numerosos requisitos ecológicos y económicos. Los requisitos higiénicos incorporados en la planta de proceso imponen la limpieza de todos los sistemas y componentes de la maquinaria empleados en este tipo de producción hasta la completa eliminación de residuos. El personal de garantía de calidad del cliente buscaba un sistema de limpieza avanzado para la perfecta depuración interior de sus silos de almacenamiento de harina con el fin de integrarlo en estos procesos de producción cíclicos. 

Los silos de harina cilíndricos, de 3,5 m de diámetro y 33 m de altura aproximadamente, presentados a los ingenieros para examen y asesoramiento en materia de limpieza no incluyen ninguna estructura interna. Las paredes de los silos son de aluminio aislado y cada silo incluye una salida cónica y una tapa superior plana con una boca de acceso excéntrica. Situadas en el exterior, cerca del edificio de producción, las torres de almacenamiento se disponen en un parque de silos.

La harina se descarga por la fuerza de la gravedad desde el silo sobre un transportador sinfín y la transmisión posterior realiza con aire comprimido. La producción funciona 24 horas al día, todos los días del año; de este modo, cada silo se llena completamente de harina de forma periódica y, a continuación, se vacía de manera constante o intermitente, dependiendo de los requisitos del proceso. Como resultado de ello, el interior del tanque se contamina regularmente con depósitos de residuos de producto.

Estos contaminantes de acumulan en distintos puntos y niveles; en concreto, en la pared del silo se forman grumos de harina que después de alcanzar una determinada altura tienden a desprenderse sin control produciendo bloqueos periódicos y, por lo tanto, interrumpiendo el transporte de harina y el funcionamiento de las plantas de producción. La reparación de los daños provoca costosos intervalos de pérdida de producción. El tipo, el espesor y la intensidad adhesiva de la contaminación viene determinada en gran medida por la cantidad de harina, las propiedades de fluidez y vaciado de la harina en función de la velocidad de descarga, la humedad del aire de los silos de transporte de los proveedores y del propio silo de almacenamiento, las fluctuaciones estacionales de la temperatura y otros parámetros.

En el proceso de limpieza anterior, operarios de limpieza y escaladores industriales contratados, equipados con herramientas de elevación manual y vigilados por un supervisor de seguridad, se introducían en los silos para limpiarlos. Los residuos de harina, desde polvo ligero hasta depósitos adherentes o fuertemente incrustados, se eliminaban entonces utilizando cepillos y escobas para contaminación débil o espátulas y raspadores como los usados en la minería, para extraer los residuos más resistentes. El principal inconveniente de esta solución no solo radicaba en el esfuerzo físico y mental extremadamente alto al que se sometía a los trabajadores, a quienes había que suministrar aire respirable, sino también en que la limpieza tardaba en realizarse varias horas o incluso un día entero.

Asimismo, la efectividad y los resultados de la limpieza variaban según el limpiador, por lo siempre se alcanzaba el mismo rendimiento. A causa de la boca de acceso excéntrica, a los trabajadores les resultaba complicado y engorroso instalar el equipo de elevación y seguridad personal. Para minimizar al máximo el tiempo y el esfuerzo descritos anteriormente y resolver los problemas existentes, la compañía buscó un proceso de limpieza mejorado basado en agua que ofreciera resultados fiables y repetibles. Un prerrequisito esencial era el cumplimiento absoluto de todas las demandas del cliente en lo referente a las normativas de higiene alimentaria.

Factores como rentabilidad, reducción al mínimo de los tiempos de limpieza, medios de limpieza, utilidades y materiales auxiliares y sostenibilidad del sistema también desempeñaban un papel fundamental para el fabricante de productos pasteleros. Durante una visita personal a las instalaciones se definió un inventario de requisitos, especificaciones técnicas y condiciones del emplazamiento. Estas consideraciones de ingeniería iniciales se tradujeron posteriormente en un concepto de limpieza para terminar sometiéndose a un ensayo práctico (esto es, ingeniería básica).

Un paso inicial clave en las consideraciones preparatorias consistió en clarificar el enfoque básico: concretamente si debía utilizarse un método de limpieza de presión alta, media o baja. 

Se evaluaron los siguientes métodos:

  • La limpieza a baja presión se basa en el efecto de la composición química del agente limpiador, la temperatura y la velocidad del caudal volumétrico del medio de limpieza y la velocidad de limpieza resultante. Se trata de una aplicación idónea para limpiadores con difusores de lavado y de chorro rotatorio.
  • La limpieza a presión media se basa en el efecto de la composición química del agente limpiador, la temperatura y la velocidad del caudal volumétrico reducida del medio de limpieza con un aumento de la presión de limpieza y la velocidad de limpieza resultante. Se trata de una aplicación idónea para limpiadores con boquillas giratorias y de chorro rotatorio.
  • La limpieza de alta presión se basa en el efecto de limpieza mecánico que se obtiene con un chorro de limpieza directo e intenso. Para este tipo de aplicación suelen utilizarse limpiadores orbitales.

Como siguiente paso, se eligió un patrón de la boquilla adecuado para el método de limpieza a presión seleccionado en función del tipo de contaminación:

Los limpiadores estáticos para la limpieza de recipientes, tanques y contenedores, como tanques de almacenamiento y tanques CIP (Clean-in-place), están diseñados para utilizarse a baja presión. Una cabeza rociadora fija pulveriza el medio de limpieza sobre la superficie que va a limpiarse. La limpieza se consigue aclarando o frotando las paredes del tanque. Utilizando agentes limpiadores apropiados es posible intensificar el efecto de limpieza y reducir los tiempos de depuración. Los rangos de la velocidad de flujo oscilan entre 2,4 y 42 m3/h, con una diferencia de presión de 1 bar. El diámetro de limpieza está comprendido entre 0,8 y 8,0 m.

Los limpiadores rotatorios se emplean para limpiar tanques, recipientes y contenedores con fuertes incrustaciones de producto (por ejemplo, tanques de almacenamiento de mayor tamaño, tanques de fermentación y tanques con agitadores internos). Estos limpiadores están diseñados para trabajar a baja presión; un engranaje de flujo genera un chorro en forma de abanico que gira lentamente en un plano para humedecer toda la superficie. Los rangos de la velocidad de flujo oscilan entre 7,1 y 28 m3/h, con una presión de suministro de 2,3 a 4,3 bar. El diámetro de limpieza está comprendido entre 2 y 10 m. Dependiendo del material, es posible alcanzar temperaturas de funcionamiento entre 80 °C y 100 °C .

Los limpiadores orbitales para la limpieza de tanques, recipientes y contenedores que requieren tratamiento mecánico especial de las superficies interiores mediante chorro concentrado (p. ej., camiones cisterna, tanques de producto y barriles) están diseñados para funcionar con presión baja, media o alta. Un engranaje de flujo genera un chorro limpiador concentrado que gira en dos planos. La geometría del chorro idónea se produce mediante boquillas de chorro redondo con forma especial y engranajes cónicos que producen un patrón de limpieza orbital denso para cubrir toda la superficie de limpieza. Los rangos de la velocidad de flujo oscilan entre 1,8 y 27 m3/h, con una presión de suministro de 4,5 a 80 bar. El diámetro de limpieza está comprendido entre 2 y 14 m.

Limpiador orbital para tanques Tempest
Limpiador orbital para tanques Tempest

Después de adaptar los planteamientos de ingeniería del método seleccionado a los requisitos del cliente, los difusores de lavado relativamente económicos se excluyeron desde el inicio debido al grado de contaminación, que a veces puede ser muy alto. El limpiador de chorro rotatorio habría servido para acceder a la parte superior del silo, pero no habría podido alcanzar la línea de limpieza óptima cercana a la parte inferior de un silo de 33 m de altura. Con el fin de evitar que el cliente tuviera que realizar una inversión adicional para incorporar las bombas necesarias, se desestimaron los métodos de limpieza con presión media y alta.

Debido a las condiciones de las instalaciones, el tipo de contaminación y la geometría del silo, se seleccionó un método a baja presión para optimizar la limpieza con base acuosa, que suele emplearse con una bomba de 8-9 bar de capacidad y agua fría. Puesto que la cúpula del silo no dispone de instalaciones externas se seleccionó un limpiador accionado por turbina para la comprobación. Por razones de coste, no se emplearon agentes químicos limpiadores ni desinfección térmica en el proceso de limpieza.

Para una instalación con una altura superior a 33 m, se seleccionó un limpiador orbital con cuatro boquillas de 7 mm cada una que descarga aproximadamente 12 m3/h de agua de limpieza a una presión de funcionamiento del limpiador de unos 5 bar. Los ingenieros estimaron tiempos de ciclo breves después de evaluar el primer resultado de limpieza, por lo que se decidió descargar el agua de limpieza en el sistema de aguas residuales in situ.

Para verificar el limpiador orbital seleccionado en las condiciones definidas, el limpiador se conectó mediante una manguera de presión a la bomba centrífuga situada en la parte inferior del silo y, a continuación, se introdujo excéntricamente en el silo hasta alcanzar una profundidad de inmersión de 2.500 mm y una distancia lateral de la pared de 500 mm.

Después de depositar el limpiador se inició y controló el proceso de limpieza. Al interrumpir el proceso transcurridos tres minutos, una gran parte de la contaminación adherida, e incluso crítica, ya se había eliminado de las superficies del silo tratadas con los chorros de limpieza de alta intensidad. Este resultado de limpieza, logrado en escasos minutos, confirmó la selección del método correcto. Tras una limpieza general de tan solo 15 minutos, se eliminó toda la contaminación, incluidas las incrustaciones de harina especialmente resistentes. A pesar de la posición excéntrica del limpiador, este funcionó sin ningún movimiento oscilante del silo, generando un patrón de chorro que cubría toda la superficie del silo, incluso las zonas más profundas.

Después de finalizar la limpieza con base acuosa del silo, había que tener en cuenta la cuestión del secado, ya que se trata de un paso indispensable desde el punto de vista de la ingeniería del proceso.

Gracias a las óptimas condiciones climáticas del proceso de limpieza descrito y puesto que los silos se instalan al aire libre, se decidió eliminar la humedad residual por convección. La incidencia de la luz directa del sol sobre la superficie del silo garantizaba un secado suficiente desde una perspectiva técnica y económica. Para favorecer la evaporación de las aguas residuales, la boca de acceso superior y la conexión en la sección inferior del cono exterior del silo se abrieron con el fin de permitir el vaciado y la descarga óptima de humedad.

En aplicaciones similares en las que no es posible secar los silos mediante radiación solar, el uso de agua caliente como medio de limpieza constituye una solución complementaria. El agua caliente caldea las paredes del silo durante la limpieza y, posteriormente, la superficie interior del silo se seca por convección.

Si no hay disponible agua caliente, otra técnica viable para el secado seguro de las superficies de contacto del silo consiste en insuflar aire caliente filtrado en el tanque a través de las aberturas de la parte superior e inferior. Es preciso prestar atención para seleccionar una velocidad de flujo de aire suficiente.

Para alcanzar un buen resultado de limpieza se emplearon 3.000 litros de agua fría aproximadamente, que evacuaron en el sistema de aguas residuales de la fábrica junto con la harina eliminada.

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