Neste exemplo prático, o desenvolvimento de uma tecnologia eficaz de limpeza para um silo de farinha envolvia a aplicação de diferentes detergentes de limpeza e métodos para garantir a higiene otimizada.

Cerca de 7 bilhões de pessoas vivem atualmente neste mundo, e até 2050, estima-se que esse número vai subir para 9 bilhões. Cerca de 50% das pessoas que povoarão a terra em 2050 já estão vivendo hoje. Isso se tornou possível porque as tecnologias de produção modernas tornaram mais fácil para todas as pessoas viverem de uma maneira melhor e mais saudável. Em particular, os avanços na tecnologia de fabricação de alimentos têm contribuído significativamente para a melhoria da qualidade, funcionalidade e segurança dos alimentos. 

Embora os avanços tecnológicos dramáticos ofereçam amplas oportunidades, eles também apresentam enormes desafios. A produção eficiente e eficaz em termos de custos de produtos alimentares de alta qualidade, que novas tecnologias de processamento hospedam, é necessário satisfazer as necessidades de uma população mundial crescente. No entanto, a eficiência da produção e relação custo-eficácia não pode se dar à custa de atender as mais rigorosas exigências de limpeza e segurança para a fabricação e manuseio dos alimentos. Garantir que todas essas necessidades sejam atendidas requer um know-how de processo amplo e muito detalhado. O conhecimento abrangente do processo por parte dos engenheiros hoje em dia deve estar em sintonia com as necessidades da indústria de processamento de alimentos para garantir que os produtos sejam produzidos com o mais alto nível de eficiência, higiene e segurança. 

Otimizar os processos de limpeza em uma planta de processamento é uma forma importante para atingir esses objetivos. Como exemplo, os engenheiros da GEA trabalharam em estreita colaboração com um conhecido fabricante de produtos de panificação para encontrar soluções eficazes para os desafios de limpeza dos silos de farinha da operação.

Silos de farinha: Um desafio na limpeza

Silos de farinha
Componente a ser limpo: um silo de farinha de alumínio, de 3,5 m de diâmetro, 33 m de altura

Os produtos do fabricante de panificação são feitos com os mais altos padrões de qualidade e estão em conformidade com amplas exigências ecológicas e econômicas. Os requisitos de higiene confiados à unidade de processamento fazem com que seja necessário limpar todos os sistemas e componentes da máquina usados para esse tipo de produção para um nível em que não permaneçam resíduos. Para estes processos de produção ciclicamente repetidos, a equipe de garantia de qualidade do cliente estava à procura de um sistema de limpeza avançado para a limpeza interior perfeita de seus silos de armazenagem de farinha. 

Os silos de farinha cilíndricos, de cerca 3,5 m de diâmetro e 33 m de altura, foram apresentados aos engenheiros para análise e aconselhamento sobre limpeza em termos de quaisquer estruturas internas. As paredes do silo são feitos de alumínio sem isolamento e cada um tem uma saída cônica e uma parte superior do silo com uma parte plana superior do silo com uma câmara de saneamento excêntrica. Localizado na parte externa próxima ao edifício de produção, as torres de armazenamento são dispostas em uma fazenda de silo.

A farinha é descarregada no silo por meio da gravidade com um transportador sem-fim, e ar comprimido é utilizado para posterior transporte à jusante. A produção funciona 24 horas por dia durante o ano inteiro, e como tal, cada silo é periodicamente completamente abastecido com farinha e é então esvaziado contínua ou intermitentemente, dependendo dos requisitos do processo. Como resultado, o interior do tanque de forma irregular é contaminado com depósitos de resíduos do produto.

Estes contaminantes acumulam em vários pontos e vários níveis; em particular, pedaços de forma de farinha em todas as alturas da parede do silo, que, após o nível subir até um certo ponto, tendem a cair de forma incontrolável e causar bloqueios recorrentes com subseqüente paralisação do transporte de farinha e produção de plantas a jusante. Isso resulta em paradas de produção com custos altos para reparar os prejuízos. O tipo e espessura, bem como o comportamento de adesão da contaminação são em grande parte determinados pela qualidade da farinha; as propriedades de fluxo e o esvaziamento da farinha, dependendo da taxa de descarga; a umidade do ar em silos de transporte dos fornecedores e no próprio silo de armazenamento; e as flutuações sazonais de temperatura e outros parâmetros.

O processo de limpeza anterior era tal que os trabalhadores contratados de limpeza/alpinistas industriais - equipados com dispositivos de elevação manual e assistidos por um supervisor de segurança, entravam nos silos, a fim de limpá-los. Os resíduos de farinha, que variam de uma leve poeira a resíduos pesados incrustados ou pegajosos, eram removidos usando escovas ou vassouras para contaminação leve ou espátulas e raspadores, em caso de resíduos mais resistentes. A principal desvantagem desta solução não só era a tensão mental e física altamente elevada para os trabalhadores, que tinham que ser equipados com ar respirável, mas a limpeza também levava várias horas ou até um dia inteiro.

Além disso, a eficácia da limpeza e os resultados variavam de faxineiro a faxineiro e o resultado não era igual. Devido a câmara de saneamento excêntrica, o posicionamento da segurança pessoal e os meios de elevação para os trabalhadores de limpeza era complicado e demorado. A fim de minimizar o tempo e esforço acima descrito tanto quanto possível e para resolver os problemas existentes, a empresa buscava um processo melhorado de limpeza à base de água com resultados reprodutíveis com confiabilidade. Um pré-requisito essencial era o cumprimento incondicional de todas as exigências dos clientes no que diz respeito aos regulamentos de higiene alimentar.

A relação custo-eficácia, a minimização dos tempos de limpeza, meios de limpeza, serviços públicos e materiais auxiliares, e sustentabilidade do sistema também foram da maior importância para o fabricante de produtos de panificação. Uma lista dos requisitos, detalhes técnicos e as condições no local foram registrados durante uma visita pessoal ao local. Estas considerações iniciais de engenharia foram posteriormente traduzidas em um conceito de limpeza, que foi então submetido a um teste prático (ou seja, engenharia básica).

Um passo inicial chave nas considerações preparatórias foi esclarecer a abordagem de base; ou seja, se um método de limpeza de baixo, média ou alta pressão deve ser usado. 

Os métodos a seguir foram avaliados:

  • A limpeza de baixa pressão baseia-se no efeito da composição química do agente de limpeza, na temperatura e na taxa de fluxo de volume do meio de limpeza, e na velocidade de limpeza resultante. Esta é uma aplicação ideal para as bolas de pulverização e rotação da limpeza a jato.
  • A limpeza de baixa pressão baseia-se no efeito da composição química do agente de limpeza, na temperatura e na taxa de fluxo de volume do meio de limpeza em uma pressão de limpeza mais alta, e na velocidade de limpeza resultante. Esta é uma aplicação ideal para os injetores de rotação e os limpadores de rotação a jato.
  • A limpeza de alta pressão baseia-se num efeito de limpeza mecânica que é conseguido por intermédio de um jato de limpeza direto e intensivo. Este é o campo de aplicação típico dos limpadores orbitais.

Como próximo passo, um bocal apropriado e padrão de limpeza para o método de limpeza a pressão selecionado é escolhido a partir dos seguintes sistemas de bocal, de acordo com o tipo de contaminação:

Os limpadores estáticos para a limpeza de vasos, tanques e recipientes, tais como tanque de armazenamento e tanques de limpeza no local (IP), são projetados para trabalhar com baixa pressão. A cabeça de spray fixa pulveriza o meio de limpeza na superfície a ser limpa. A limpeza é alcançada por lavagem ou choque das paredes do tanque. Ao adicionar os agentes de limpeza adequados, o efeito de limpeza pode ser melhorado quando os tempos de limpeza são reduzidos. A vazão varia de 2,4-42 m3/h, com uma diferença de pressão de 1 bar. O diâmetro de limpeza é 0.8-8.0 m.

Os limpadores rotativos são utilizados para a limpeza de tanques, vasos e recipientes com incrustações de produtos pesados (por exemplo, tanques de armazenamento maiores, tanques de fermentação, tanques com agitadores internos). Esses produtos são projetados para trabalhar com baixa pressão; um redutor de fluxo gera um jato em forma de leque, que roda lentamente em um plano, molhando assim toda a superfície. A vazão varia de 7,128 m3/h, com uma diferença de pressão de -4,3 bar. O diâmetro de limpeza é de 2 a 10 m. Dependendo do material, são possíveis temperaturas de funcionamento com variação entre 80 °C e 100 °C.

Limpadores Orbitais para a limpeza de tanques, vasos e recipientes que requerem tratamento mecânico especial das superfícies internas por um jato concentrado (por exemplo, caminhões-cisterna, tanques de produtos e barris), são projetados para trabalhar com baixa, média ou alta pressão. Um redutor de fluxo gera um jato de limpeza altamente concentrado que gira em dois planos. A geometria ideal do jato é produzida especialmente em forma de bicos de jatos rodada e engrenagens cônicas que produz um padrão de limpeza orbital densa que cobre toda a superfície a ser limpa. A vazão varia entre 1,8 e 27 m3/h, com uma diferença de pressão de 4,5-80 bar. O diâmetro de limpeza é de 2 a 14 m.

Orbital Tank Cleaner Tempest
Orbital Tank Cleaner Tempest

Quando as considerações de engenharia para o método a ser escolhido foram finalmente alinhadas com as necessidades do cliente, as "spray balls" a preços relativamente baixos foram excluídas desde o início devido ao grau de contaminação, que pode ser muito alto, às vezes. O limpador de jato rotativo trabalharia na seção superior do silo, mas não teria sido possível implementar a linha de limpeza ideal perto da parte inferior de um silo de 33 m de altura. Para evitar um investimento adicional por parte do cliente para as bombas necessárias, as considerações em matéria de um meio de limpeza de média e alta pressão não foram perseguidos.

Devido às condições no local, o tipo de contaminação e a geometria do silo, um método de baixa pressão foi selecionado para limpeza otimizada à base de água, que, tipicamente, funciona com uma capacidade da bomba de 8-9 bar, de água fria. Como não havia utilitários externos disponíveis na cúpula do silo, um aspirador de turbina foi selecionado para o teste. Por razões de custo, os produtos químicos de limpeza e o apoio térmico para o processo de limpeza não foram usados.

Considerando uma altura de montagem de mais de 33 m, um produto de limpeza orbital com quatro bicos de 7 mm cada um foi selecionado, o qual descarrega cerca de 12 m3/h de lavagem com água a uma pressão de trabalho no limpador de aproximadamente 5 bar. Os engenheiros esperavam tempos de ciclo breves para a limpeza quando o resultado de limpeza foi avaliado pela primeira vez, por isso, decidiu-se descarregar a água de limpeza no sistema de águas residuais no local.

Para testar o limpador orbital selecionado sob as condições dadas, o aspirador foi ligado através de uma mangueira de pressão a uma bomba centrífuga colocada na parte inferior do silo e, em seguida, introduzido excentricamente dentro do silo e posicionada a uma profundidade de imersão de 2500 mm e a uma distância lateral a partir da parede de 500 mm.

Depois de posicionar o limpador, o processo de limpeza foi iniciado e monitorizado. Quando o processo foi interrompido ao fim de três minutos, uma grande parte da contaminação aderente e bem crítica, já tinha removido do silo aquelas superfícies que foram cobertas pelos fortes jatos de limpeza. Este resultado de limpeza, conseguido apenas após alguns minutos, confirmou que o caminho selecionado estava correto. Depois de um período de limpeza total de apenas 15 minutos, toda a contaminação, incrustações de farinha especialmente resistentes, tinham sido removidos. Apesar da posição excêntrica do dispositivo de limpeza, ele funcionou sem qualquer movimento de oscilação no silo, enquanto gerava um padrão de jato que cobria toda a superfície do silo, mesmo em zonas mais profundas.

Após a conclusão de uma limpeza à base de água do silo outro ponto a considerar estava secando, como este é um passo indispensável do ponto de vista da engenharia de processos.

Devido às condições sazonalmente ideais para o processo de limpeza como descrito e os silos instalados ao ar livre, decidiu-se remover a umidade residual por meio de convecção. A luz solar direta sobre a superfície do silo garantiu secagem suficiente do ponto de vista técnico e econômico. Para permitir que a água residual evaporasse com facilidade, o bueiro superior e a conexão na seção inferior do cone de saída do silo foram abertos para permitir melhor ventilação e descarga de umidade.

Em aplicações similares onde não é possível secar os silos com os raios do sol, usar água quente como um meio de limpeza presta-se como uma solução complementar. A água quente aquece as paredes do silo durante a limpeza e depois seca fora da superfície interior do silo por convecção.

Se a água quente não estiver disponível para a limpeza, outra solução viável para a secagem confiável das superfícies de contato do silo é o ar filtrado quente para o reservatório através das aberturas na parte superior e inferior. Deve ser dada atenção aqui de modo que as vazões de ar suficiente sejam selecionadas.

Aproximadamente 3.000 litros de água fria foram consumidos para conseguir o resultado de limpeza, que foram descarregados no sistema de águas residuais da fábrica juntamente com a farinha removida.

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