In questo esempio pratico i diversi metodi e dispositivi disponibili sono stati impiegati allo scopo di sviluppare una tecnologia efficace per la pulizia di un silo per farina che garantisse la massima igiene.

Oggi nel mondo vivono circa sette miliardi di persone, ed entro il 2050 si stima che la popolazione mondiale crescerà fino a nove miliardi. Circa il 50% delle persone che popoleranno la Terra nel 2050 sono già nate. Ciò è stato reso possibile dal fatto che le moderne tecnologie di produzione migliorano la qualità della vita e la salute di tutti. In particolare, i progressi nel campo della tecnologia per l’industria alimentare hanno contribuito in modo significativo al miglioramento della qualità, della funzionalità e della sicurezza del cibo. 

Tuttavia pur offrendo delle opportunità notevoli, gli straordinari progressi nel settore tecnologico presentano anche delle grandi sfide. Il processo produttivo efficiente ed economicamente conveniente per la produzione di alimenti di alta qualità promosso dalle nuove tecnologie è fondamentale per riuscire a soddisfare le necessità di una popolazione mondiale in rapido aumento. Tuttavia l’efficienza e la convenienza economica non possono essere ottenute a discapito del rispetto delle più severe normative concernenti pulizia e sicurezza nel settore della produzione e del trattamento degli alimenti. Per garantire la soddisfazione di tutte queste esigenze è necessario un know-how di processo al tempo stesso ampio e minuzioso. Le conoscenze ingegneristiche generali relative ai processi produttivi devono quindi essere sincronizzate con le esigenze dell’industria alimentare, così da garantire che i cibi siano prodotti con il massimo livello di efficienza, igiene e sicurezza. 

L’ottimizzazione dei processi di pulizia che si svolgono in un impianto di produzione è fondamentale per raggiungere questi obiettivi. Per esempio gli ingegneri GEA hanno lavorato in stretta collaborazione con una famosa azienda di prodotti da forno per sviluppare soluzioni efficaci per affrontare la sfida della pulizia dei silos per farina.

Silos per farina: la sfida della pulizia

Silo per farina
Componente da pulire: un silo di alluminio di 3,5 m di diametro e 33 m di altezza

L’azienda produce prodotti da forno nel rispetto dei più alti standard di qualità e di requisiti ecologici ed economici di ampia portata. Per quanto riguarda l’igiene, le normative per gli impianti di produzione richiedono la pulizia di tutti i sistemi e i componenti dei macchinari usati per questo tipo di produzione con l’eliminazione di qualsiasi residuo. Per questi processi produttivi ciclici i responsabili della qualità del cliente erano alla ricerca di un sistema avanzato che consentisse di pulire alla perfezione l’interno dei silos per lo stoccaggio della farina. 

I silos cilindrici del diametro di circa 3,5 m e alti 33 m sottoposti all’esame degli ingegneri per ottenere consigli sulla pulizia sono privi di strutture interne. Ciascuno dei silos dalle pareti in alluminio non isolato è dotato di uno sfiato conico e di una copertura piatta con passo d’uomo eccentrico. Le torri di stoccaggio sono situate tutte insieme all’aperto in un’area vicino all’edificio adibito alla produzione.

La farina viene convogliata per gravità su un trasportatore a coclea e quindi trasportata a valle tramite aria compressa. La produzione va avanti 24 ore al giorno per tutto l’anno e così ciascun silo viene periodicamente riempito di farina e quindi svuotato in modo continuo o intermittente, a seconda delle necessità del processo. Di conseguenza la parte interna del serbatoio è contaminata in modo irregolare con depositi di residui.

I contaminanti si accumulano in punti e a livelli diversi; in particolare la farina tende ad accumularsi lungo le pareti del silo per poi cadere in modo incontrollato una volta raggiunta una certa altezza, causando periodicamente dei blocchi e quindi l’arresto del flusso di farina e degli impianti di produzione. Per rimediare al danno sono necessari dei periodi di fermo della produzione dai costi estremamente elevati. Il tipo e lo spessore, oltre che la vischiosità della contaminazione dipendono in larga misura dalla qualità della farina, dal suo flusso e dal ritmo di vuotatura legato alla velocità di scarico, dall’umidità dell’aria nei silos usati dai fornitori per il trasporto e in quelli di stoccaggio, nonché dalle variazioni stagionali della temperatura e da altri parametri.

In precedenza la pulizia veniva effettuata da personale esterno specializzato che si calava nei silos per mezzo di sistemi di sollevamento manuali sotto la supervisione di un addetto alla sicurezza. I residui di farina, che vanno da una polvere leggera a incrostazioni ostinate e vischiose, venivano rimossi con scope e spazzole in caso di contaminazione leggera o con spatole e raschietti, come fanno i minatori, in caso di residui più difficili da rimuovere. Il maggiore inconveniente di questa procedura era costituito non soltanto dal notevole sforzo mentale e fisico a cui erano sottoposti gli addetti, a cui doveva essere fornita dell’aria respirabile, ma anche dal fatto che il processo durava diverse ore o addirittura un giorno intero.

Inoltre il grado di pulizia finale variava a seconda del personale impiegato e i risultati non erano ripetibili. A causa del passo d’uomo eccentrico, la sistemazione dei dispositivi di sicurezza e di sollevamento degli incaricati della pulizia era un’operazione complessa che richiedeva molto tempo. L’azienda era quindi alla ricerca di un processo di pulizia ad acqua migliore che garantisse risultati affidabili e ripetibili e consentisse di ridurre al minimo il tempo impiegato e gli sforzi appena descritti nonchè di risolvere i problemi connessi. Prerequisito essenziale era che il sistema soddisfacesse pienamente tutte le necessità del cliente in rapporto alle normative di igiene alimentare.

Rapporto costi/benefici, minimizzazione dei tempi, detergenti, utilità e materiali ausiliari, e sostenibilità del sistema rappresentavano altri aspetti di fondamentale importanza per l'azienda di prodotti da forno. Nel corso di una visita effettuata sul posto è stata stilata una lista delle necessità, dei particolari tecnici e delle condizioni del luogo. Queste prime considerazioni ingegneristiche sono quindi state tradotte in un progetto che infine è stato sottoposto a test (cosiddetta ingegneria di base).

Un passo chiave nelle considerazioni preliminari è stata la necessità di chiarire l’approccio di base, in particolare se dovesse essere usato un metodo di pulizia a bassa, media o alta pressione. 

Sono stati valutati i seguenti sistemi:

  • pulizia a bassa pressione, basata sull’effetto della composizione chimica del detergente, sulla temperatura e sul flusso volumetrico del mezzo pulente, nonché sulla conseguente velocità di pulizia. Si tratta di un’applicazione ideale per dispositivi a divosfere e a getti rotanti,
  • pulizia a media pressione, basata sull’effetto della composizione chimica del detergente, sulla temperatura e sul flusso volumetrico ridotto del mezzo pulente a una pressione pulente superiore, nonché sulla conseguente velocità di pulizia. Si tratta di un’applicazione ideale per dispositivi a ugelli e a getti rotanti,
  • pulizia ad alta pressione, basata sull’effetto pulente meccanico ottenuto con un getto intenso e diretto. È questo il tradizionale campo di applicazione dei dispositivi orbitali.

Successivamente, tenendo in considerazione il tipo di contaminazione, sono stati scelti una tipologia di ugelli e un sistema di pulizia adatti alla pressione prescelta tra quelli elencati in seguito:

dispositivi statici per la pulizia di recipienti, serbatoi e container, quali serbatoi di stoccaggio e clean-in-place (CIP), progettati per operare a bassa pressione. Una testina di spruzzatura fissa sparge il mezzo pulente sulla superficie da trattare. La pulizia viene effettuata per diffusione o impatto sulle pareti della cisterna. Aggiungendo detergenti appropriati è possibile ottenere una pulizia maggiore con tempi di lavaggio ridotti. La portata oscilla tra 2,4 e 42 m³/h, con una pressione differenziale di 1 bar. Il diametro dell'area utile di pulizia è di 0,8-8 m,

dispositivi rotanti per la pulizia di serbatoi, recipienti e container con incrostazioni ostinate (es. serbatoi di stoccaggio di grandi dimensioni, serbatoi di fermentazione, serbatoi con agitatori interni). Questi dispositivi sono progettati per lavorare a pressione ridotta; un’unità di spruzzatura genera un getto a ventaglio che ruota lentamente su un piano, inumidendo così l’intera superficie. La portata oscilla tra 7,1 e 42 m³/h, con una pressione di alimentazione di 2,3-4,3 bar. Il diametro dell'area utile di pulizia è di 2-10 m. A seconda del materiale, la temperatura di esercizio può oscillare tra 80 e 100 °C.

dispositivi orbitali per la pulizia di serbatoi, recipienti e container che richiedono un trattamento meccanico delle superfici interne particolare per mezzo di un getto concentrato (es. autocisterne, serbatoi per combustibili e prodotti affini e barili), progettati per lavorare a pressione bassa, media o alta. Un’unità di spruzzatura genera un getto pulente altamente concentrato che ruota su due piani. Ugelli a getto circolare e ingranaggi conici speciali producono uno spruzzo dalla geometria ideale e uno schema di lavaggio orbitale compatto che copre l’intera superficie da pulire. La portata oscilla tra 1,8 e 27 m³/h, con una pressione di alimentazione di 4,5-80 bar. La circonferenza dell'area di pulizia è di 2-14 m.

Pulitore orbitale per serbatoi Tempest
Pulitore orbitale per serbatoi Tempest

Una volta trovato un punto d’incontro tra le considerazioni ingegneristiche sul metodo da scegliere e le richieste del cliente, il dispositivo a divosfere, relativamente poco costoso, è stato scartato a causa del grado di contaminazione, che talvolta può essere molto elevato. Un pulitore a getti rotanti avrebbe funzionato nella parte superiore del silo, ma non avrebbe consentito la pulizia ottimale di quella più vicina al fondo del serbatoio di 33 m di altezza. Per evitare al cliente un investimento supplementare per l’acquisto delle pompe necessarie non sono state prese in considerazione soluzioni per la pulizia a media e alta pressione.

Date le condizioni operative, il tipo di contaminazione e la forma del silo, è stato scelto un pulitore ad acqua fredda ottimizzato a bassa pressione, che normalmente opera con una prevalenza della pompa di 8-9 bar. Non essendo presenti utilità esterne sulla cupola del silo, per il test è stato scelto un dispositivo a turbina. Per contenere i costi non sono stati usati detergenti chimici né dispositivi di supporto termico per il processo di pulizia.

Considerando un’altezza di installazione superiore ai 33 m, è stato scelto un pulitore orbitale dotato di quattro ugelli di 7 mm, che rilasciano 12 m³/h circa di acqua a una pressione operativa al dispositivo di circa 5 bar. Al momento della prima valutazione dei risultati gli ingegneri si attendevano cicli di pulizia di breve durata, perciò è stato deciso di scaricare l’acqua di lavaggio nel sistema di raccolta delle acque reflue presente sul posto.

Per effettuare il test nelle condizioni esistenti, il pulitore orbitale prescelto è stato collegato tramite un tubo flessibile a pressione a una pompa centrifuga sistemata sul fondo del silo e quindi è stato introdotto eccentricamente nel silo e posizionato a una profondità di immersione di 2.500 mm e a una distanza dalla parete laterale di 500 mm.

Una volta sistemato il dispositivo, è stato dato il via al processo di lavaggio, che è stato monitorato. Quando il processo è stato fermato dopo tre minuti, gran parte della contaminazione, in alcuni punti perfino critica, era già stata rimossa dalla superficie del silo coperta dai potenti getti pulenti. Il livello di pulizia ottenuto dopo pochi minuti confermava la correttezza del metodo scelto. Dopo un ciclo di lavaggio di appena 15 minuti tutti i contaminanti, e in particolare le incrostazioni di farina più ostinate, erano stati rimossi. Malgrado la posizione eccentrica, il dispositivo ha operato senza movimenti oscillatori all’interno del silo generando un getto che ha coperto l’intera superficie, arrivando perfino alle zone più profonde.

Terminato il ciclo di pulizia ad acqua, restava da risolvere la questione dell’asciugatura, che rappresenta un passo fondamentale da un punto di vista ingegneristico.

Date le condizioni climatiche ideali per il processo di pulizia descritto e visto che i silos si trovano all’aperto, è stato deciso di rimuovere l’umidità residua per convezione. La luce diretta sulla superficie del silo consentiva un’asciugatura sufficiente da un punto di vista tecnico senza costi eccessivi. Affinché l’acqua residua potesse evaporare senza ostacoli, sono stati aperti il portello superiore e la connessione nella parte inferiore dello sfiato conico, così da garantire una ventilazione ottimale per l’eliminazione dell’umidità.

In applicazioni simili in cui non è possibile procedere all’asciugatura dei silos tramite la luce del sole, l’uso dell’acqua calda per il lavaggio può rappresentare un’ulteriore soluzione. L’acqua calda riscalda le pareti del silo durante il lavaggio e quindi asciuga la superficie interna per convezione.

Se il lavaggio non è effettuato con acqua calda, le superfici di contatto del silo possono essere asciugate in modo ottimale soffiando aria calda filtrata nel serbatoio tramite le aperture poste sulla parte superiore e sul fondo. In questo caso è necessario fare attenzione a utilizzare un flusso di aria calda sufficiente.

Per pulire il silo sono stati usati circa 3.000 litri di acqua fredda, che sono stati scaricati nel sistema di raccolta delle acque reflue dell’azienda insieme alla farina rimossa.

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