Selecionando as vedações certas para processamento de alimentos e bebidas

A vedação em aplicações de alimentos e bebidas é extremamente desafiadora. As vedações não só devem suportar temperaturas extremas, vapor e desgaste em situações dinâmicas, mas também devem atender aos requisitos regulamentares e ser compatíveis com diferentes tipos de alimentos e ingredientes, como gorduras, óleos e ácidos. Além disso, o design higiénico, a resistência a regimes de limpeza agressivos e a prevenção de resíduos de sabor são as principais prioridades.

Este artigo discute materiais de vedação usados ​​em aplicações de processamento de alimentos e bebidas, casos de uso de cada um e fatores comuns que podem afetar o desempenho da vedação, o tempo de atividade do equipamento e o desempenho de produtos de alimentos e bebidas, bem como os benefícios de trabalhar com um fabricante experiente de vedações para garantir que a solução de vedação atenda melhor aos requisitos da aplicação.

Materiais de vedação usados ​​em aplicações de alimentos e bebidas

Um dos segredos para prolongar a vida útil das vedações usadas em aplicações de alimentos e bebidas é combinar o material com o sistema de processamento ou sistema de processamento no qual ele é usado. As vedações devem ser resistentes a alimentos e bebidas processados, bem como a produtos químicos usados ​​em regimes de limpeza, muitas vezes em altas temperaturas.

Soluções de vedação Trelleborg
O design higiênico pode ser alcançado usando tecnologia multicomponente, portanto não há espaço morto.
O design higiênico pode ser alcançado usando tecnologia multicomponente, portanto não há espaço morto.

Um dos materiais mais comumente usados ​​para anéis de vedação e vedações no processamento de alimentos e bebidas é a borracha de etileno propileno dieno (EPDM), um elastômero de hidrocarboneto não polar totalmente saturado. Sua geometria de polímero proporciona compatibilidade superior com fluidos polares, mesmo em temperaturas elevadas. O EPDM demonstra alta resistência química, é adequado para uso com produtos de limpeza alcalinos e ácidos e é uma excelente escolha na maioria das aplicações lácteas, exceto produtos com alto teor de gordura. Suas aplicações típicas são enchimento, distribuição, bombas, vedações de tubos e flanges, válvulas e conectores rápidos.

Para aplicações que utilizam gorduras e óleos animais e vegetais, a borracha de acrilonitrila butadieno (NBR) é uma boa escolha quando os O-rings não serão expostos a regimes de limpeza severos, ozônio ou vapor superaquecido. O NBR é um copolímero de butadieno e acrilonitrila e a porcentagem destes na formulação do NBR determina as características de desempenho do material.

Os materiais fluoroelastômeros (FKM) são otimizados para ambientes de vapor na indústria de alimentos e bebidas. Demonstram boa adequação para uso em contato com óleos e gorduras vegetais, gorduras animais e laticínios com alto teor de gordura. Eles também têm boa resistência ao ozônio e ao envelhecimento.

O padrão ouro para vedação de elastômero, o perfluoroelastômero (FFKM) é mais caro que outros materiais de vedação, mas é compatível com praticamente todos os fluidos. É ideal para processos extremamente agressivos e regimes de limpeza onde as vedações podem deteriorar-se muito rapidamente. Embora mais caras, as vedações FFKM podem prolongar a manutenção programada e, portanto, reduzir substancialmente o custo total de propriedade.

Os materiais de silicone são ideais para uso na fabricação de alimentos e bebidas devido à sua inércia inerente ao crescimento de bactérias, mofo e fungos. O silicone tem excelente resistência ao calor, flexibilidade ao frio e propriedades dielétricas e é a escolha preferida em aplicações expostas ao ozônio e ao oxigênio. Os componentes de silicone moldados por injeção se prestam a geometrias complexas que oferecem mais opções aos designers de produtos, especialmente quando combinados com metais e plásticos usando tecnologia multicomponentes. A tecnologia multicomponente permite que múltiplas partes de um conjunto sejam combinadas em um único componente, evitando espaços mortos onde bactérias podem crescer.

As vedações de politetrafluoretileno (PTFE) oferecem uma gama mais ampla de serviços do que as vedações elastoméricas no que diz respeito a temperatura, pressão, vedação dinâmica contra a superfície móvel em eixos e a ampla variedade de fluidos que as vedações encontram. O PTFE é um material inerte que o torna resistente a quase todos os produtos químicos e ácidos. Em particular, demonstra características excepcionais de baixo atrito, minimizando o desgaste. Isto o torna ideal para aplicações dinâmicas, como misturadores ou bombas de bloqueio.

Como o PTFE tem elasticidade limitada, as vedações de PTFE geralmente são energizadas com um anel de vedação ou mola de elastômero. Em aplicações de alimentos e bebidas, o elastômero deve ser compatível com o processo e com o meio de limpeza. As molas podem, dependendo da sua posição dentro de um sistema de processamento, ser encapsuladas para evitar espaços mortos.

Materiais de engenharia à base de plástico, como polieteretercetona (PEEK) e polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE), são ideais para equipamentos alternativos e oscilantes que exigem alta resistência ao desgaste e podem encontrar meios abrasivos e superfícies de apoio. Esses materiais são ideais para uma variedade de aplicações de processamento de alimentos, como envasadoras, válvulas, bombas, misturadores, separadores, homogeneizadores, centrífugas, cilindros dosadores e sensores.

Extensão da vida útil do selo

Selecionar o material de vedação correto para a aplicação é fundamental para garantir a vida útil da vedação e estender o período entre as manutenções programadas. A falha na vedação pode levar a contaminação potencial ou até mesmo quebras de linha. Portanto, os materiais, sejam eles elastômeros ou plásticos, devem lidar com uma ampla variedade de tipos de alimentos, bem como com processos de limpeza no local (CIP) e esterilização no local (SIP).

Soluções de vedação Trelleborg
Os materiais de vedação FoodPro da Trelleborg Sealing Solutions atendem aos requisitos específicos da indústria de alimentos e bebidas.
Os materiais de vedação FoodPro da Trelleborg Sealing Solutions atendem aos requisitos específicos da indústria de alimentos e bebidas.

Os processos automatizados CIP e SIP são atualmente os melhores métodos para limpeza de sistemas informáticos. Garantem segurança e eficiência, evitam a contaminação microbiológica dos alimentos e minimizam a recontaminação dos equipamentos do processo. No entanto, produtos químicos agressivos usados ​​em produtos de limpeza podem causar rapidamente sérios danos às vedações elastoméricas, especialmente em aplicações de alta carga e pressão. Com altas temperaturas e esterilização a vapor, que agora normalmente chega a 302°F, essa deterioração é intensificada.

Ao especificar vedações, é importante reconhecer as condições de vedação dentro do ambiente de processamento e selecionar vedações especiais que sejam testadas e comprovadamente compatíveis com os parâmetros operacionais do sistema.

Combinar o material de vedação com ingredientes de alimentos ou bebidas e produtos químicos de limpeza pode maximizar o intervalo entre a manutenção programada e o rendimento da produção. Ao detalhar os requisitos específicos de um transformador, os fabricantes especializados de vedações podem propor soluções econômicas que atendem a todos os principais padrões e comprovadamente resistem a regimes de limpeza, por mais rigorosos que sejam.

Características de fricção melhoradas

Os elastômeros têm um alto coeficiente de atrito, o que significa que tendem a aderir uns aos outros durante a montagem automatizada ou às superfícies correspondentes quando inseridos em um alojamento. A tecnologia de revestimento melhora as características de fricção das vedações de elastômero, aumenta a resistência ao desgaste e reduz as forças de inserção.

Para processos de alimentos e bebidas, o revestimento deve atender aos mesmos regulamentos e padrões que o selo. Também é fundamental que o revestimento não se deteriore ou descasque da junta. Tratamentos alternativos especializados que melhoram as características de fricção evitam este problema.

Design higiênico

Vedações, vedações e superfícies ásperas de tubulações e equipamentos são refúgios potenciais para bactérias e criam desafios de higiene para a indústria de processamento de alimentos e bebidas. A solução é o design higiênico. É necessária uma estreita colaboração entre o fabricante de equipamentos para alimentos e bebidas e o fornecedor de vedações durante a fase inicial do projeto para garantir que as opções de projeto higiênico sejam maximizadas. Uma das melhores maneiras de obter um design higiênico é usar tecnologia multicomponente, onde várias peças são combinadas em um único componente para eliminar o espaço morto. Trabalhar com especialistas nesta área requer uma abordagem holística de engenharia que olha não apenas para o selo, mas também para o seu alojamento e suas contrapartes.

Uma situação desagradável

A transferência de sabores, um problema desagradável no processamento de alimentos e bebidas, tornou-se ainda mais desafiadora devido à tendência da indústria de bebidas em direção a sabores cada vez mais intensos. Bebidas com alta concentração de aromas tendem naturalmente a deixar vestígios perceptíveis de aroma nas linhas de engarrafamento. Apesar das medidas de limpeza e dos planos de produção adequados, pequenos vestígios de sabor podem permanecer nas máquinas de engarrafamento, que podem ser absorvidos pela próxima bebida.

Os materiais elastoméricos utilizados nos componentes de vedação das máquinas de envase que entram em contato com bebidas provaram ser um fator significativo. Aromas usados ​​em bebidas, especialmente se usados ​​em altas concentrações, difundem-se em materiais elastoméricos. As vedações podem, portanto, liberar os aromas absorvidos mesmo após um enxágue completo entre os processos de enchimento de bebidas. As consequências da transferência de sabor são transições inúteis de um produto para outro, desperdício de produto, tempo de inatividade não intencional, inspeções adicionais e reclamações.

Tópico de estudo

O especialista em engarrafamento de bebidas Krones trabalhou com a Trelleborg Sealing Solutions para analisar as razões por trás da transferência não intencional de sabor durante o processo de envase. As empresas descobriram que os componentes de vedação de elastômero são um fator significativo na incorporação de sabor. Eles determinaram que a seleção do material de vedação ideal é fundamental para evitar a transferência de sabor de um processo de enchimento para outro.

Eles também demonstraram que os materiais FKM e FFKM demonstram eficácia na prevenção da transferência de sabor e aroma. Os materiais FFKM não absorvem sabores e praticamente não apresentam efeito detectável no sabor das bebidas subsequentes, mesmo sob condições desfavoráveis. Isso torna esses materiais de vedação ideais para uso em linhas de engarrafamento que processam bebidas com sabores intensos. A análise dos materiais de vedação mostrou que a absorção de sabor foi maior para o FPDM em comparação com os materiais FKM, o que demonstrou um desempenho significativamente melhor, tornando-o adequado para uso com muitas bebidas.

Selado de acordo com os padrões

Além de abordar os muitos fatores que afetam os equipamentos de processamento, os materiais de vedação também devem atender aos requisitos regulamentares para materiais em contato com alimentos. Estas regulamentações são especialmente importantes para fabricantes de equipamentos para alimentos e bebidas que vendem seus produtos globalmente. Em particular, os requisitos da indústria alimentar internacional estão em foco. Eles incluem os regulamentos bem estabelecidos da UE sobre contato com alimentos e os regulamentos da Food and Drug Administration (FDA) dos EUA, bem como a recente certificação da regulamentação chinesa sobre alimentos no mercado chinês de equipamentos para alimentos.

Olhando para o futuro

Mais do que nunca, as empresas procuram aumentar a segurança das suas máquinas e aplicações, ao mesmo tempo que pretendem reduzir a manutenção e o custo de tempos de inatividade inesperados. Inúmeras soluções de detecção, juntamente com a Internet das Coisas (IoT), estão se tornando soluções econômicas no gerenciamento avançado de selos e permitem o monitoramento remoto de dispositivos e a coleta de dados.

Como os selos são frequentemente componentes críticos nos sistemas de computação, a inteligência artificial (IA) pode oferecer benefícios reais aos fabricantes. Da seleção de sensores à análise de dados, os fabricantes de vedações podem colaborar com os fabricantes de equipamentos para desenvolver modelos preditivos de falhas, criar painéis de saúde do sistema e melhorar a operação do sistema.

Conclusão

As soluções de vedação são essenciais para o desempenho dos equipamentos de processamento e podem ter um impacto significativo no sucesso comercial de produtos alimentícios e bebidas. A parceria com um fabricante experiente de vedações pode ajudar a garantir que o melhor material e design de vedação seja selecionado para abordar os vários fatores que afetam o desempenho do equipamento de processamento, incluindo os produtos químicos com os quais as vedações entram em contato, as propriedades mecânicas, regimes CIP e SIP, arrastamento de sabor, design de higiene e a necessidade de cumprir os padrões e regulamentos da indústria.

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