Como uma válvula revoluciona a forma como alimentos e bebidas são produzidos

É fácil ignorar uma válvula. No entanto, a maneira como ela se abre, se fecha e mantém sua posição determina o funcionamento de toda uma linha de produção: quanto é produzido, quanta energia é consumida e quão limpa ela permanece. Uma nova adição ao portfólio de válvulas da GEA permite que os produtores de alimentos e bebidas aproveitem melhor o espaço, a energia e os equipamentos de que já dispõem.

A maneira como o mundo consome cerveja está mudando. Os volumes globais pararam de crescer, mantendo-se em cerca de 1,9 bilhão de hectolitros por ano. Além disso, a variedade de produtos que uma única cervejaria precisa produzir não para de aumentar, desde estilos premium até o segmento de bebidas sem álcool e com baixo teor alcoólico, que está em rápido crescimento. Em mercados estabelecidos, a pressão é mais acentuada. A produção europeia caiu de 367 milhões de hectolitros em 2019 para 345 milhões somente em 2024, enquanto o número de cervejarias em atividade se estabilizou em cerca de 9.700.

O desafio, em todos os lugares, é obter mais variedade a partir de uma área já existente. Grande parte dessa flexibilidade é determinada, surpreendentemente, em uma etapa bastante inicial do processo: no nível das válvulas. Em todas as plantas da indústria de alimentos e bebidas, as válvulas conduzem os líquidos por uma rede de tubulações e tanques, regulam o fluxo e ajudam a manter o produto e os líquidos de limpeza separados com segurança. Seja em uma planta de cerveja, de leite ou de iogurte, elas desempenham um papel direto na garantia de uma produção segura, consistente e eficiente. Altere a forma como essas válvulas são acionadas e você alterará o que todo o processo é capaz de fazer.

Operação de válvulas com água

Em plantas de alimentos e bebidas, as válvulas são normalmente acionadas por meio de ar comprimido. A GEA Hydract® Actuation Technology aciona as válvulas por meio de água, em um circuito fechado e controlado digitalmente. O resultado é uma válvula que pode ser mantida exatamente no lugar e ajustada em etapas precisas. Isso resulta em menor consumo de energia e maior controle. Aliada aos dados em tempo real de todas as válvulas e à flexibilidade de utilizar os tanques existentes para uma gama mais ampla de produtos acabados, essa solução oferece aos produtores as opções necessárias para lidar com as mudanças nos mercados.

A ideia remonta a um engenheiro, Peter Espersen, que hoje ocupa o cargo de diretor sênior de desenvolvimento de negócios na divisão Pure Flow Processing da GEA. Ele faz uma comparação com máquinas pesadas, nas quais os sistemas hidráulicos utilizam óleo: “A hidráulica tradicional que utiliza óleo é uma tecnologia de força bruta, projetada basicamente para movimentar escavadeiras de grande porte. Trata-se de alta pressão e alto vazão. “No que diz respeito ao processamento de alimentos, minha equipe sabia que precisávamos miniaturizar tudo, miniaturizar o pensamento hidráulico”.

Espersen explica isso com uma imagem simples: “Se você tiver uma bomba de bicicleta e colocar o dedo na ponta e tentar empurrá-la, ela é flexível. Se você encher com água dos dois lados, não dá para fazer nada. “Fica mesmo travada”. Como a água não se comprime, a válvula mantém sua posição com precisão, em vez de simplesmente abrir e fechar.

No entanto, foram necessários anos de desenvolvimento discreto e sem glamour para comprovar que isso poderia funcionar no nível de uma válvula sanitária. Hoje, o posicionamento do assento atinge uma precisão de 0,03 milímetros em relação ao valor alvo, e um ciclo completo de regulação leva meio segundo.

A linha GEA VARIVENT® está cada vez melhor

A GEA está incorporando essa tecnologia à sua consagrada linha de válvulas GEA VARIVENT® para a produção de alimentos e bebidas, começando pelos tipos de válvulas mais utilizados e ampliando a linha a partir daí. Para os fabricantes, isso significa adotar o acionamento hidráulico sem precisar mudar para um sistema de válvulas separado.

A implantação começa onde o impacto é mais imediato: três dos tipos de válvulas GEA VARIVENT® mais utilizados (aplicações de fechamento, desvio e anti-mistura) já abrangem a maioria dos processos de alimentos líquidos. A partir daí, o plano é ampliar a atuação hidráulica em toda a linha GEA VARIVENT®, com válvulas assépticas também incluídas no plano de desenvolvimento para esse upgrade.

Por que as cervejarias se preocupam com válvulas

O mercado de cerveja está encolhendo, e isso está levando as cervejarias a repensarem o que produzem. Algumas, como a Krombacher, estão incluindo bebidas totalmente diferentes em sua linha de produtos. Outras marcas, como a St.örtebeker, oferecem atualmente uma ampla variedade de cervejas com baixo teor alcoólico ou sem álcool. Além da crescente variedade, as cervejarias enfrentam metas de sustentabilidade mais rigorosas e uma pressão constante sobre os custos operacionais. A produção eficiente de toda essa variedade depende do momento certo, ou seja, de quando cada cerveja atinge sua forma final. O controle preciso das válvulas permite que uma cervejaria mantenha um número reduzido de cervejas-base e as misture para obter as variedades finais imediatamente antes do engarrafamento. O setor chama isso de: diferenciação tardia do produto. Isso significa menos tanques para encher e limpar e menos cerveja pronta armazenada.

Carlsberg: Mais variedade de produtos, menos tanques

“Na cervejaria da Carlsberg em Fredericia, na Dinamarca, eles repensaram a forma como a cerveja passa do tanque para a garrafa”, explica Bastian Tolle, vice-presidente de Desenvolvimento de Negócios e Digitalização da Unidade de Negócios Válvulas e Bombas. “Atualmente, a planta mistura algumas cervejas-base concentradas com água e outros ingredientes à medida que elas fluem em direção à linha de engarrafamento, com as válvulas controlando cada mistura de acordo com a receita exata”.

A mudança se reflete no número de tanques: A Carlsberg costumava armazenar 39 variedades de cerveja em 26 tanques de cerveja clara. Eles armazenaram a cerveja antes do envase, mas, em média, os tanques estavam cheios apenas a 54%. A linha reprojetada produz as mesmas variedades, de 8 a 10 cervejas-base, em apenas 14 tanques, preenchidos a 90% da capacidade. Isso significa muito menos tanques para limpar e um aproveitamento muito melhor do espaço. Os custos de limpeza decorrentes da redução do número de tanques caíram cerca de 55%, e a cervejaria ganha uma capacidade útil estimada entre 86% e 160% a mais, sem adicionar um único tanque.

“Os testes das válvulas hidráulicas superaram nossas expectativas”, afirma Anders Kokholm, diretor de cervejaria da Carlsberg Supply Company Dinamarca. “A precisão e a confiabilidade alcançadas com válvulas hidráulicas, em comparação com o ar comprimido, permitem uma abordagem totalmente nova para a produção eficiente de cerveja. “Isso muda radicalmente a forma como poderemos produzir cerveja no futuro”.

É daí que decorre o valor estratégico. Menos tanques em uso significam menos limpeza e, consequentemente, menos consumo de água, energia e produtos químicos; assim, os custos operacionais diminuem, enquanto o perfil de sustentabilidade melhora. O investimento inicial mais elevado em acionamento hidráulico costuma se pagar em um prazo de cinco a seis anos, e ainda mais rapidamente em plantas greenfield que nunca instalam uma rede de ar comprimido.

A economia de energia aumenta significativamente quando o compressor passa a ter um papel secundário

A utilização de água em vez de ar comprimido para acionar as válvulas reduz o consumo de eletricidade da Carlsberg em mais de 90%. A razão é simples: o ar comprimido depende de um compressor funcionando 24 horas por dia, enquanto o sistema de água precisa apenas de uma pequena bomba por alguns minutos por dia. Na Carlsberg, isso significou substituir um compressor de 250 quilowatts por um motor de 2,2 quilowatts - mais ou menos a potência de uma chaleira elétrica -, economizando cerca de 5.700 quilowatts-hora por dia. Ao longo de um ano, isso totaliza cerca de dois milhões de quilowatts-hora.

Cada válvula é uma fonte de dados em tempo real

A precisão traz uma segunda vantagem. Como um atuador hidráulico mantém sua posição com exatidão e controla essa posição digitalmente, ele sempre sabe onde está e o que fez. Cada movimento é registrado, o que transforma cada válvula em uma fonte de dados em tempo real sobre o processo e sobre seu próprio estado. “Sabemos exatamente o que a válvula fez em qualquer momento e se o sistema está funcionando ou não”, diz Espersen. “Trata-se do monitoramento de condições do nosso próprio produto”. Essa visibilidade permite que uma planta identifique o desgaste dos vedantes antes que eles falhem e planeje a manutenção com base nos sinais de desgaste, em vez de seguir um cronograma fixo. Em uma planta que produz diversos produtos, esse nível de transparência ajuda os operadores a se anteciparem à manutenção, o que significa menos tempo de inatividade na produção.

Por que as válvulas são essenciais no processamento de laticínios

No setor de laticínios, o ponto de partida é diferente. O leite é uma matéria-prima de alto valor, perecível e viva. O desperdício zero e o controle rigoroso dos processos são uma preocupação constante. As plantas de laticínios seguem rigorosos protocolos de limpeza e estão sujeitas a normas de higiene que poucas outras indústrias alimentícias conseguem igualar. Isso significa que qualquer tecnologia que seja incorporada ao processo precisa provar seu valor em termos de confiabilidade e controle.

“É aqui que o aspecto digital da atuação hidráulica se destaca”, afirma Frederik Wellendorph, diretor de vendas da Hydract Technology da GEA. “Como cada movimento das válvulas é registrado, a tecnologia transmite os dados de posição das válvulas aos sistemas de monitoramento da planta, reforçando a rastreabilidade do processo e proporcionando aos operadores uma visão contínua do desempenho de cada válvula. “Esses mesmos dados servem de base para a manutenção baseada na condição”.

A regulagem precisa agrega uma segunda dimensão de valor. Manter uma válvula exatamente no ponto de ajuste contribui para a dosagem contínua e para uma padronização mais rigorosa do produto acabado. Além disso, permite a diferenciação tardia do produto em etapas específicas do processo, como a mistura de diferentes tipos de gordura na linha de envase ou a dosagem de frutas em um iogurte base. “No setor de laticínios, esses ganhos tendem a se concentrar em áreas específicas de uma planta, em vez de reformular toda a linha de produção, como pode ocorrer na indústria cervejeira”. “Mas estamos explorando ativamente em que áreas elas se aplicam”.

Repensando as necessidades de uma planta

O que começou como uma forma de acionar uma válvula com menos energia deu início a um debate mais amplo sobre como uma planta é construída e o que ela pode realmente produzir. Da indústria cervejeira à de laticínios, uma simples mudança do ar para a água na engenharia de válvulas da GEA oferecerá aos clientes mais opções e proporcionará uma economia significativa de custos justamente quando isso é mais necessário.