Cómo una válvula transforma la manera de elaborar alimentos y bebidas

Es fácil pasar por alto una válvula. Sin embargo, la forma en que se abre, se cierra y mantiene su posición determina el funcionamiento de toda una línea de producción: cuánto se produce, cuánta energía consume y en qué medida se mantiene limpia. Una nueva incorporación a la gama de válvulas GEA permite a los productores de alimentos y bebidas sacar mayor partido al espacio, la energía y los equipos existentes.

La forma de consumir cerveza está cambiando en todo el mundo. Los volúmenes a nivel mundial han dejado de crecer y se mantienen en torno a los 1.900 millones de hectolitros al año. Además, la gama de productos que debe elaborar una sola cervecería no deja de ampliarse, desde estilos premium hasta el segmento de bebidas sin alcohol o con bajo contenido alcohólico, que está teniendo un rápido crecimiento. En los mercados maduros, la presión es más intensa. La producción europea descendió de 367 millones de hectolitros en 2019 a 345 millones en 2024, mientras que el número de cervecerías en activo se ha estabilizado en torno a las 9.700.

El reto, en todas partes, consiste en sacar mayor partido a un espacio ya existente. Gran parte de esa flexibilidad se determina, de manera sorprendente, en una fase muy temprana del proceso: en las válvulas. En las plantas de alimentación y bebidas, las válvulas conducen los líquidos por una red de tubos y tanques, regulan el caudal y contribuyen a mantener separados de forma segura el producto y los líquidos de limpieza. Aparte de si una planta produce cerveza, leche o yogur, estas válvulas desempeñan un papel directo a la hora de garantizar que la producción sea segura, constante y eficiente. Si cambia la forma en que se accionan las válvulas, cambiará lo que todo el proceso es capaz de hacer.

Accionamiento de válvulas con agua

En las plantas de alimentación y bebidas, las válvulas suelen accionarse mediante aire comprimido. GEA Hydract® Actuation Technology mueve las válvulas mediante agua, en un circuito cerrado controlado digitalmente. El resultado es una válvula que puede mantenerse en su sitio con exactitud y regularse con precisión. Esto se traduce en un menor consumo energético y un mayor control. En combinación con los datos en tiempo real de cada válvula y la flexibilidad de utilizar los tanques existentes para una gama más amplia de productos terminados, esta solución ofrece a los productores las opciones que necesitan para adaptarse a los mercados en constante cambio.

La idea se remonta a un ingeniero, Peter Espersen, que actualmente ocupa el cargo de director senior de desarrollo empresarial en la división Pure Flow Processing de GEA. Establece una comparación con la maquinaria pesada, en que los sistemas hidráulicos utilizan aceite: “La hidráulica tradicional que utiliza aceite es una tecnología de fuerza bruta, diseñada básicamente para mover excavadoras de gran tamaño. Utiliza una alta presión y alto caudal. En lo que respecta a la elaboración de alimentos, mi equipo sabía que teníamos que miniaturizarlo todo, incluso el enfoque hidráulico”.

Espersen lo explica con una imagen sencilla: “Si tiene una bomba de bicicleta y coloca el dedo en el extremo e intenta empujarlo, notará que tiene flexibilidad. Si la llena de agua por ambos lados, no podrá hacer nada. Estará bloqueada”. Dado que el agua no se comprime, la válvula mantiene su posición con precisión, en lugar solo abrirse y cerrarse.

Sin embargo, fueron necesarios años de desarrollo discreto y poco llamativo para demostrar que podía funcionar a nivel de una válvula higiénica. En la actualidad, el posicionamiento del asiento se sitúa a menos de 0,03 milímetros de su objetivo, y un ciclo completo de regulación dura medio segundo.

La gama GEA VARIVENT® no deja de mejorar

GEA está incorporando esta tecnología a su consolidada gama de válvulas GEA VARIVENT® para la producción de alimentos y bebidas, comenzando por los modelos de válvulas más utilizados y ampliándola a partir de esos modelos. Para los fabricantes, esto supone adoptar un accionamiento hidráulico sin necesidad de cambiar a un sistema de válvulas independiente.

La implantación comienza por donde el impacto es más inmediato: tres de los tipos de válvulas GEA VARIVENT® más utilizados (aplicaciones de cierre, de desvío y a prueba de mezcla) ya abarcan la mayoría de procesos de alimentos líquidos. A partir de ahí, el plan consiste en ampliar el accionamiento hidráulico a toda la gama GEA VARIVENT®, y las válvulas asépticas también forman parte de la hoja de ruta de esta actualización.

¿Por qué las cervecerías se preocupan por las válvulas?

El mercado de la cerveza se está reduciendo, lo que está obligando a los cerveceros a replantearse su oferta. Algunas empresas, como Krombacher, están incorporando bebidas totalmente diferentes a su gama de productos. Otras, como Stortebekerö, ofrecen ahora una amplia gama de cervezas con bajo contenido alcohólico o sin alcohol. Además de la creciente variedad, los cerveceros se enfrentan a objetivos de sostenibilidad más estrictos y a una presión constante sobre los costes operativos. Para producir toda esa variedad de forma eficiente, es fundamental el momento en que cada cerveza adquiere su carácter definitivo. El control preciso de las válvulas permite a una cervecería mantener un número reducido de cervezas base y mezclarlas para obtener las variedades finales justo antes del embotellado. En el sector, a esto se le denomina diferenciación tardía del producto. Esto supone menos tanques que llenar y limpiar, y una menor cantidad de cerveza elaborada en almacenamiento.

Carlsberg: Mayor variedad de productos, menos tanques

“En la fábrica de cerveza de Carlsberg en Fredericia, Dinamarca, se replantearon cómo se traslada la cerveza del tanque a la botella”, explica Bastian Tolle, vicepresidente de desarrollo empresarial y digitalización de la unidad de negocio de válvulas y bombas. “En la planta se mezclan ahora varias cervezas base concentradas con agua y otros ingredientes a medida que avanzan hacia la línea de embotellado, y las válvulas dosifican cada mezcla siguiendo la receta exacta”.

El cambio se refleja en el número de tanques: Carlsberg solía almacenar 39 variedades de cerveza en 26 cubas de aclarado. Almacenaban la cerveza antes de que fuera envasada, pero de media, los tanques solo estaban al 54%. La línea rediseñada produce las mismas variedades a partir de entre 8 y 10 cervezas base en tan solo 14 tanques, llenados al 90% de su capacidad. Esto significa que habrá muchos menos tanques que limpiar y que se aprovechará mejor el espacio. Los costes de limpieza derivados de la reducción del número de tanques disminuyeron en torno a un 55%, y la cervecería obtiene un aumento estimado de entre el 86% y el 160% en su capacidad útil sin añadir ni un solo recipiente.

“Las pruebas de las válvulas hidráulicas han superado nuestras expectativas”, afirma Anders Kokholm, director de cervecería, Carlsberg Supply Company, Dinamarca. “La precisión y fiabilidad que se consiguen con las válvulas hidráulicas, en comparación con el aire comprimido, permiten adoptar un enfoque completamente nuevo para la producción eficiente de cerveza. Esto cambia radicalmente la forma en que podremos elaborar cerveza en el futuro”.

De ahí se deriva el valor estratégico. Un menor número de tanques en uso supone menos limpieza y, por consiguiente, un menor consumo de agua, energía y productos químicos, por lo que los costes operativos se reducen y mejora el perfil de sostenibilidad. La mayor inversión inicial que supone el accionamiento hidráulico suele amortizarse en un plazo de entre cinco y seis años, e incluso antes en plantas de nueva construcción que nunca han instalado una red de aire comprimido.

El ahorro energético se dispara cuando el compresor pasa a un segundo plano

El uso de agua en lugar de aire comprimido para accionar las válvulas reduce el consumo eléctrico de Carlsberg en más de un 90%. La razón es sencilla: el aire comprimido depende de un compresor que funciona las 24 horas del día, mientras que el sistema de agua solo necesita una pequeña bomba durante unos minutos al día. En Carlsberg, esto supuso sustituir un compresor de 250 kilovatios por un motor de 2,2 kilovatios —aproximadamente la energía de un hervidor eléctrico—, lo que supuso un ahorro de unos 5.700 kilovatios-hora al día. A lo largo de un año, eso supone unos dos millones de kilovatios-hora.

Cada válvula constituye una fuente de datos en tiempo real

La precisión aporta una segunda ventaja. Dado que un actuador hidráulico mantiene su posición con exactitud y controla dicha posición de forma digital, siempre sabe dónde se encuentra y qué ha hecho. Se registra cada movimiento, lo que convierte a cada válvula en una fuente de datos en tiempo real sobre el proceso y sobre su propio estado. “Sabemos exactamente qué ha hecho la válvula en cada momento y si el sistema está funcionando o no”, afirma Espersen. “Se trata de la supervisión de condiciones de nuestro propio producto”. Esa visibilidad permite a una planta detectar el desgaste de las juntas antes de que se produzca un fallo y planificar el mantenimiento en función de los indicios, en lugar de seguir un calendario. En una planta en que se fabrican muchos productos diferentes, este nivel de transparencia ayuda a los operarios a prever las tareas de mantenimiento, lo que se traduce en un menor tiempo de inactividad en la producción.

Por qué las válvulas son fundamentales en el procesado de productos lácteos

En el sector lácteo, el punto de partida es diferente. La leche es una materia prima de gran valor, perecedera y viva. La gestión con cero residuos y el estricto control de los procesos constituyen una preocupación constante. Las plantas lácteas aplican rigurosos protocolos de limpieza y deben cumplir estándares de higiene que pocas otras industrias alimentarias pueden igualar. Esto significa que cualquier tecnología que se incorpore al proceso debe demostrar su valía en cuanto a fiabilidad y control.

“Es aquí donde el aspecto digital del accionamiento hidráulico cobra mayor importancia”, afirma Frederik Wellendorph, director comercial de Hydract Technology en GEA. “Dado que se registra cada movimiento de las válvulas, esta tecnología transmite los datos sobre la posición de las mismas a los sistemas de monitorización de la planta, lo que refuerza la trazabilidad del proceso y proporciona a los operarios información continua sobre el rendimiento de cada válvula. Esos mismos datos respaldan el mantenimiento basado en las condiciones”.

Una regulación precisa aporta un valor añadido adicional. Mantener una válvula exactamente en el punto de ajuste permite una dosificación continua y una normalización más precisa del producto final. Asimismo, permite una diferenciación tardía del producto en determinadas fases del proceso, como la mezcla de distintos grados de grasa en el llenador o la dosificación de fruta en un yogur base. “En los productos lácteos, estas mejoras suelen concentrarse en áreas concretas de una planta, en lugar de transformar toda la línea de producción, como ocurre en la elaboración de cerveza. Pero estamos analizando activamente en qué ámbitos se pueden aplicar”.

Reconsiderar lo que necesita una planta

Lo que comenzó como una forma de accionar una válvula con menos energía ha dado lugar a un debate más amplio sobre cómo se construye una planta y qué es lo que realmente puede producir. Desde la elaboración de cerveza hasta el sector lácteo, un sencillo cambio de aire a agua en el diseño de las válvulas de GEA ofrecerá a los clientes más opciones y les permitirá obtener un ahorro de costes considerable en el momento que más lo necesitan.