Sistemas de aire comprimido para la industria alimentaria - Serviaire
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Sistemas de aire comprimido para la industria alimentaria

El aire comprimido es la fuente de energía más importante para la industria del envasado de alimentos en Europa. El aire comprimido debe estar libre de contaminación para garantizar la protección de los alimentos tratados en cada estructura. Los sitios de producción en todos los segmentos de la industria alimentaria tienen diferentes aplicaciones para aire comprimido.

La importancia de la pureza del Aire Comprimido

El aire comprimido debe limpiarse de impurezas antes de su uso en las aplicaciones de la industria alimentaria. Los contaminantes existentes en el aire comprimido incluyen agua, en forma líquida o de vapor, partículas sólidas (incluidas las esporas), e hidrocarburos en forma de aerosoles, vapores y olores.

Una simple visita por empresas del sector de bebidas y alimentos subraya el uso generalizado del aire comprimido y su importancia para el proceso de producción. El aire comprimido se utiliza, entre otras cosas, para transportar sustancias en polvo o para vaporizar líquidos y, a menudo, entra en contacto directo con los alimentos. Es por eso que la calidad del aire comprimido se debe cuidar al máximo. La contaminación por microorganismos se puede transferir del aire comprimido al producto final por medio de aceites minerales, aerosoles o partículas, causando una pérdida considerable de la calidad de dicho producto final. El tratamiento completo del aire comprimido reduce este riesgo y es un factor importante para obtener un producto de alta calidad.

La presencia de humedad es la principal preocupación de la industria alimentaria porque la humedad proporciona un hábitat perfecto para microorganismos y hongos. La humedad reside en las tuberías cerca de donde el aire comprimido está en contacto con los alimentos. Los microorganismos y los hongos pueden desarrollarse en el sistema de tuberías y, por lo tanto, transmitirse a través del soplado en los productos alimenticios o en sus contenedores.

Para evitar el crecimiento de microorganismos y hongos, el punto de rocío debe estar por debajo de – 26 °C, ya que no se desarrollan a partir de este valor. El secado del aire comprimido mediante la reducción del punto de rocío del aire comprimido es la forma más fácil de eliminar la humedad del sistema. El punto de rocío a presión según la aplicación estará entre + 3 °C y – 40 °C, utilizando secadores frigoríficos, de membrana o de adsorción. En algunas plantas, para reducir costes se utilizan puntos de rocío distintos dependiendo del punto de aplicación y de si existe contacto del aire comprimido con el envase o el propio alimento. El coste de funcionamiento de un secador de adsorción o uno de membrana, es casi siempre superior al de un secador frigorífico. Además, combinando un secador frigorífico, general para toda la planta, con un secador de adsorción para determinadas secciones, podremos conseguir ahorros energéticos mediante un sistema de control de funcionamiento del secador de adsorción con un higrómetro.

Las partículas sólidas deben ser eliminadas del aire comprimido mediante una tecnología de filtración adecuada a cada aplicación. Una filtración general con filtros coalescentes es necesaria en todas las instalaciones, complementándose según las necesidades con filtros de carbono activado, torres de carbono activado o filtros estériles. Cuando el aire comprimido es secado por debajo de – 26 °C, los microorganismos dañinos y los hongos se convierten en esporas. Estas esporas se han convertido en partículas sólidas que deben ser filtradas. Otras fuentes de partículas sólidas son principalmente el polvo ambiental aspirado por el compresor y, en menor medida, partículas desprendidas de los recubrimientos de los rotores del compresor de aire o de tuberías del sistema. Al seleccionar productos para la filtración de aire comprimido, se recomienda verificar si los filtros coalescentes se han probado de acuerdo con la nueva norma ISO 12500 Partes 1-3. Los aerosoles y los vapores de aceite son otro problema importante.

Un mito sobre el aire comprimido establece que el uso de un compresor de compresión exenta de aceite libera al sistema de cualquier tratamiento para la eliminación de hidrocarburos, pero no es así. El aire ambiente aspirado contiene hidrocarburos que son comprimidos y enviados a la red general de aire. Como dato oficial de 2.010, a excepción del metano, la concentración media de hidrocarburos en el aire urbano está entre 0,03 y 0,10 mg/m3, considerándose un valor medio de 0,05 mg/m3. Es decir, en la práctica, la calidad final del aire comprimido en contenido de hidrocarburos depende del sistema de filtración instalado, siendo recomendable para las plantas con una alta exigencia de calidad la instalación de un convertidor catalítico como complemento del conjunto de filtración.

Aplicaciones de los sistemas de Aire Comprimido

En las plantas de frutas y vegetales se utilizan principalmente para el enlatado, la congelación y la deshidratación. Muchos sistemas de procesamiento de frutas y hortalizas utilizan sistemas de aire comprimido para limpiar el aire de los contenedores antes del llenado, la clasificación automática y el envasado.

Muchas fábricas trabajan en otros segmentos de la industria alimentaria y usan aire comprimido. Algunas, como las panaderías, utilizan aire comprimido para aplicaciones de soplado. Otros usan aire comprimido para limpiar los contenedores antes de que estén llenos de comida. El aire comprimido también se utiliza para clasificar, cortar y dar forma a los productos de la industria alimentaria.

Otra aplicación del aire comprimido es en máquinas para la construcción, llenado y cierre de cajas de cartón terminadas en forma de engranajes para la industria láctea y de zumos. Estas máquinas deben lavarse constantemente para mantener las condiciones higiénicas. No solo están expuestos al agua, también están expuestos a detergentes químicos e hidróxido de sodio e hidróxido de potasio. En este tipo de máquina, se prefieren los sistemas neumáticos a los sistemas hidráulicos porque el piso de cerámica presenta un riesgo para la seguridad en ambientes húmedos. El mantenimiento y los tiempos de inactividad de las máquinas neumáticas son las razones principales por las que se prefiere el aire comprimido.

El aire comprimido se utiliza también en alta presión, en un rango de valores entre 35 y 55 bar, para el moldeo de envases por inyección. Como por ejemplo en máquinas termoconformadoras o de insuflación por aire comprimido.

Normas y directivas específicas sobre el aire comprimido

La norma ISO 8573-1: 2010, establece una clasificación de la calidad del aire comprimido enumerando los principales contaminantes, partículas sólidas, agua e hidrocarburos, y mostrando los niveles de pureza para cada contaminante separadamente en una tabla. Para el sector alimentario: el aire comprimido no puede transportar los contaminantes peligrosos a los alimentos. En la industria alimentaria están definidos tres tipos de sistemas de aire comprimido: sistemas con contacto directo con los alimentos, sistemas de alto-riesgo no-contacto y sistemas de bajo-riesgo no-contacto.

Tres Tipos de Sistemas de Aire Comprimido en Industria Alimentaria

La industria alimentaria, frente a la pregunta de cómo especificar un sistema de aire comprimido inocuo y eficiente, debe primero definir como está siendo utilizado el aire en su fábrica.

1. Contacto

El término “contacto” se define como “el proceso por el cual se utiliza el aire comprimido durante la producción y el procesamiento, incluido el embalaje y el transporte para una producción segura“. Otra forma de definirlo es simplemente cuando el aire comprimido entra en contacto directo con los alimentos, en cuyo caso el usuario debe saber que el aire comprimido debe limpiarse en el grado de pureza de “contacto” especificado en la norma. Los ingenieros deben distinguir claramente entre “contacto” y “no contacto”.

En este tipo de sistema con contacto, la Norma recomienda alcanzar el punto de rocío bajo presión de – 40 °C, evitando el desarrollo de microorganismos. Esto se puede lograr con secadores de aire comprimido del tipo de adsorción ubicados en la sala de compresores (tratamiento de aire centralizado), o bien con la instalación de un secador de adsorción específico para las tomas de aire comprimido donde existe contacto directo con los alimentos. Para cada instalación, es necesario determinar el tipo de secadores de aire comprimido que son necesarios para garantizar las especificaciones de punto de rocío. Los secadores específicos para un punto concreto de uso pueden ser del tipo de adsorción o de membrana, pudiendo conseguir siempre con el primero mejores valores de punto de rocío.

Los filtros coalescentes son necesarios para eliminar partículas sólidas e hidrocarburos (aerosol + vapor). Para eliminar olores y vapores de hidrocarburos en mayor medida es necesario instalar filtros de carbono activado, torres de carbono activado o convertidores catalíticos. Los secadores, tanto frigoríficos como de adsorción, deben disponer de una filtración general de protección. En los secadores de adsorción, como en las torres de carbono activado, es necesario instalar también un postfiltro de partículas.

2.  No-Contacto Alto-Riesgo

No-Contacto es “el proceso por el cual el aire comprimido es expulsado a la atmósfera local de preparación, producción, acondicionamiento y almacenamiento“. En estas secciones, distinguimos entre alto y bajo riesgo. En una situación de alto riesgo, sin contacto, se puede usar por ejemplo el aire comprimido en un proceso de moldeo por inyección para producir un recipiente donde se puede introducir posteriormente el alimento. La mayoría de las fábricas de alimentación, en sus líneas de producción, tienen incluida la fabricación de sus propios envases.

Sin el tratamiento adecuado del aire comprimido, el aceite, la humedad y las partículas (especialmente las bacterias) pueden estar presentes en los recipientes que contendrán los alimentos. Los sistemas de aire comprimido de alto riesgo sin contacto deben proporcionar la misma pureza de aire que los sistemas de contacto.

3.  No-Contacto Bajo-Riesgo

En los sistemas sin contacto de bajo riesgo, la Norma recomienda que la temperatura del punto de rocío a presión sea de + 3 ˚C. Esto se consigue con secadores frigoríficos para aire comprimido, que suelen estar ubicados en la misma sala de compresores (tratamiento de aire centralizado). En algunos casos, es necesario determinar si se necesita la instalación de secadores frigoríficos en puntos concretos de uso (tratamiento de aire descentralizado) para garantizar las especificaciones del punto de rocío. La definición del sistema No-Contacto de bajo riesgo es importante para entender por qué a menudo encontramos fábricas de alimentos que están “sobre protegiendo” sus sistemas de aire comprimido.

La mayoría de estas fábricas tienen una parte importante, más del 50%, de su aire comprimido en aplicaciones y puntos de consumo de “uso general”. Estas aplicaciones propias de la fábrica no tienen ninguna relación o contacto con alimentos ni con maquinaria de envasado. Es importante comprender esta relación interna y tratar de diseñar un sistema en consecuencia a un estudio específico. A menudo nos encontramos fábricas mal diseñadas donde vemos que los secadores de adsorción se utilizan para secar todo el aire comprimido que se produce hasta un punto de rocío a presión de – 40 ˚C, cuando lo más probable es que solo el 40% del aire comprimido necesite alcanzar este valor de punto de rocío.

Los secadores frigoríficos tienen un consumo energético menor que los secadores de adsorción, además de un coste de mantenimiento inferior. Los secadores frigoríficos disponen como consumo eléctrico el de un pequeño compresor de gas y el de los motores de ventilación para la extracción del aire caliente del secador, pudiendo ser todos los motores con regulación de frecuencia (variables), cuando se justifique por ahorros energéticos. En el caso de los secadores de adsorción hay que diferenciarlos en función del sistema de regeneración del material adsorbente. En los secadores de adsorción con regeneración por aire en frío el consumo eléctrico es mínimo, pero se produce un consumo de aire comprimido del orden del 18% de su caudal nominal para la regeneración. Con un estudio del caudal de consumo de la instalación se puede reducir este consumo mediante la instalación de un sistema de control con higrómetro, y en algunos casos la incorporación añadida de un secador frigorífico.

En los secadores de adsorción en caliente para la regeneración del material adsorbente se produce una aportación de calor, existiendo distintos sistemas para la extracción del vapor de agua retenido en cada ciclo. Las características de consumo de la instalación (caudal, flujos, presión, horas/año, …) nos determinarán cuál es el sistema más rentable, pudiendo incluso instalar un secador de adsorción sin consumo de aire comprimido para la regeneración del material adsorbente. En todos los casos se deben instalar filtros coalescentes previos al secador de adsorción y un postfiltro posterior para partículas. El resto de componentes del tratamiento para la filtración estarán determinados por las necesidades de cada instalación.

 

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