El sellado en aplicaciones de alimentos y bebidas es un gran desafío. Los sellos no sólo deben resistir temperaturas extremas, vapor y desgaste en situaciones dinámicas, sino que también deben cumplir con los requisitos reglamentarios y ser compatibles con diferentes tipos de alimentos e ingredientes, como grasas, aceites y ácidos. Además, el diseño higiénico, la resistencia a regímenes de limpieza agresivos y la prevención de residuos de sabor son las principales prioridades.
Este artículo analiza los materiales de sellado utilizados en aplicaciones de procesamiento de alimentos y bebidas, los casos de uso de cada uno y los factores comunes que pueden afectar el rendimiento del sellado, el tiempo de actividad del equipo y el rendimiento de los productos de alimentos y bebidas, así como los beneficios de trabajar con un fabricante de sellos experimentado. para garantizar que la solución de sellado cumpla mejor con los requisitos de la aplicación.
Materiales de sellado utilizados en aplicaciones de alimentos y bebidas.
Una de las claves para extender la vida útil de los sellos utilizados en aplicaciones de alimentos y bebidas es hacer coincidir el material con el sistema de procesamiento o sistema de procesamiento en el que se utiliza. Los sellos deben ser resistentes a alimentos y bebidas procesados, así como a productos químicos utilizados en los regímenes de limpieza, a menudo a altas temperaturas.
Uno de los materiales más utilizados para juntas tóricas y sellos en el procesamiento de alimentos y bebidas es el caucho de etileno propileno dieno (EPDM), un elastómero de hidrocarburo no polar completamente saturado. Su geometría de polímero proporciona una compatibilidad superior con fluidos polares, incluso a temperaturas elevadas. El EPDM demuestra una alta resistencia química, es adecuado para usar con productos de limpieza alcalinos y ácidos y es una excelente opción en la mayoría de las aplicaciones lácteas, excepto en productos con alto contenido de grasa. Sus aplicaciones típicas son llenado, dosificación, bombas, sellos de tuberías y bridas, válvulas y conectores rápidos.
Para aplicaciones que utilizan grasas y aceites animales y vegetales, el caucho de acrilonitrilo butadieno (NBR) es una buena opción cuando las juntas tóricas no estarán expuestas a regímenes de limpieza severos, ozono o vapor sobrecalentado. NBR es un copolímero de butadieno y acrilonitrilo y el porcentaje de estos en la formulación de NBR determina las características de rendimiento del material.
Los materiales de fluoroelastómero (FKM) están optimizados para entornos de vapor en la industria de alimentos y bebidas. Demuestran una buena idoneidad para su uso en contacto con aceites y grasas vegetales, grasas animales y productos lácteos ricos en grasas. También tienen buena resistencia al ozono y al envejecimiento.
El estándar de oro para el sellado de elastómero, el perfluoroelastómero (FFKM), es más caro que otros materiales de sellado, pero es compatible con prácticamente todos los fluidos. Es ideal para procesos y regímenes de limpieza extremadamente agresivos donde los sellos pueden deteriorarse muy rápidamente. Aunque son más caros, los sellos FFKM pueden ampliar el mantenimiento programado y, por tanto, reducir sustancialmente el coste total de propiedad.
Los materiales de silicona son ideales para su uso en la fabricación de alimentos y bebidas debido a su inercia inherente al crecimiento de bacterias, moho y hongos. La silicona tiene una excelente resistencia al calor, flexibilidad en frío y propiedades dieléctricas y es la opción preferida en aplicaciones expuestas al ozono y al oxígeno. Los componentes de silicona moldeados por inyección se prestan a geometrías complejas que ofrecen a los diseñadores de productos más opciones, especialmente cuando se combinan con metales y plásticos mediante tecnología multicomponente. La tecnología multicomponente permite combinar varias piezas de un conjunto en un solo componente, evitando espacios muertos donde pueden crecer bacterias.
Los sellos de politetrafluoroetileno (PTFE) ofrecen una gama más amplia de servicios que los sellos elastoméricos con respecto a temperatura, presión, sellado dinámico contra la superficie móvil de los ejes y la amplia variedad de fluidos que encuentran los sellos. El PTFE es un material inerte que lo hace resistente a casi todos los productos químicos y ácidos. En particular, demuestra características excepcionales de baja fricción, minimizando el desgaste. Esto lo hace ideal para aplicaciones dinámicas como mezcladores o bombas de bloque.
Debido a que el PTFE tiene una elasticidad limitada, los sellos de PTFE a menudo se activan con una junta tórica o un resorte de elastómero. En aplicaciones de alimentos y bebidas, el elastómero debe ser compatible con el proceso y el medio de limpieza. Los resortes pueden, dependiendo de su posición dentro de un sistema de procesamiento, encapsularse para evitar espacios muertos.
Los materiales de ingeniería a base de plástico, como la polieteretercetona (PEEK) y el polietileno de peso molecular ultraalto (UHMWPE), son ideales para equipos alternativos y oscilantes que requieren una alta resistencia al desgaste y pueden encontrarse con medios abrasivos y superficies de soporte. Estos materiales son ideales para una variedad de aplicaciones de procesamiento de alimentos, como llenadoras, válvulas, bombas, mezcladores, separadores, homogeneizadores, centrífugas, cilindros dosificadores y sensores.
Extensión de la vida útil del sello
Seleccionar el material de sello correcto para la aplicación es fundamental para garantizar la vida útil del sello y extender el período entre el mantenimiento programado. La falla del sellado puede provocar una posible contaminación o incluso roturas de línea. Por lo tanto, los materiales, ya sean elastómeros o plásticos, deben manejar una amplia variedad de tipos de alimentos, así como procesos de limpieza in situ (CIP) y esterilización in situ (SIP).
Los procesos automatizados CIP y SIP son actualmente los mejores métodos para limpiar sistemas informáticos. Garantizan seguridad y eficiencia, previenen la contaminación microbiológica de los alimentos y minimizan la recontaminación de los equipos de proceso. Sin embargo, los productos químicos agresivos utilizados en los productos de limpieza pueden causar rápidamente daños graves a los sellos elastoméricos, especialmente en aplicaciones de alta carga y presión. Con las altas temperaturas y la esterilización con vapor, que ahora normalmente alcanza los 302 °F, este deterioro se intensifica.
Al especificar sellos, es importante reconocer las condiciones de sellado dentro del entorno de procesamiento y seleccionar sellos especiales que se hayan probado y demostrado que son compatibles con los parámetros operativos del sistema.
La combinación de material de sellado con ingredientes de alimentos o bebidas y productos químicos de limpieza puede maximizar el tiempo entre el mantenimiento programado y el rendimiento de la producción. Al detallar los requisitos específicos de un transformador, los fabricantes de sellos especializados pueden proponer soluciones rentables que cumplan con todos los estándares principales y que hayan demostrado resistir regímenes de limpieza, por rigurosos que sean.
Características de fricción mejoradas
Los elastómeros tienen un alto coeficiente de fricción, lo que significa que tienden a adherirse entre sí durante el ensamblaje automatizado o a superficies coincidentes cuando se insertan en una carcasa. La tecnología de recubrimiento mejora las características de fricción de los sellos de elastómero, aumenta la resistencia al desgaste y reduce las fuerzas de inserción.
Para procesos de alimentos y bebidas, el recubrimiento debe cumplir las mismas regulaciones y estándares que el sello. También es fundamental que el revestimiento no se deteriore ni se desprenda de la junta. Los tratamientos alternativos especializados que mejoran las características de fricción evitan este problema.
Diseño higiénico
Los sellos, juntas y superficies rugosas de tuberías y equipos son refugios potenciales para las bacterias y crean desafíos de higiene para la industria de procesamiento de alimentos y bebidas. La solución es el diseño higiénico. Se requiere una estrecha colaboración entre el fabricante de equipos de alimentos y bebidas y el proveedor de sellos durante la fase de diseño inicial para garantizar que se maximicen las opciones de diseño higiénico. Una de las mejores formas de lograr un diseño higiénico es utilizar tecnología de componentes múltiples, donde se combinan varias piezas en un solo componente para eliminar el espacio muerto. Trabajar con expertos en esta área requiere un enfoque de ingeniería holístico que tenga en cuenta no sólo el sello, sino también su carcasa y sus contrapartes.
Una situación desagradable
La transferencia de sabores, un problema desconcertante en el procesamiento de alimentos y bebidas, se ha vuelto aún más desafiante debido a la tendencia de la industria de bebidas hacia sabores cada vez más intensos. Las bebidas con una alta concentración de aromas tienden naturalmente a dejar rastros perceptibles de aroma en las líneas de embotellado. A pesar de las medidas de limpieza y los planes de producción adecuados, en las máquinas embotelladoras pueden quedar pequeños restos de sabor que pueden ser absorbidos por la siguiente bebida.
Los materiales elastoméricos utilizados en los componentes de sellado de las máquinas llenadoras que entran en contacto con bebidas han demostrado ser un factor importante. Los sabores utilizados en las bebidas, especialmente si se usan en altas concentraciones, se difunden en los materiales elastoméricos. Por lo tanto, las juntas pueden liberar los aromas absorbidos incluso después de un enjuague minucioso entre los procesos de llenado de bebidas. Las consecuencias de la transferencia de sabor son transiciones inútiles de un producto a otro, desperdicio de producto, paradas involuntarias, inspecciones adicionales y quejas.
Tema de estudio
Krones, el especialista en embotellado de bebidas, trabajó con Trelleborg Sealing Solutions para analizar los motivos de la transferencia involuntaria de sabor durante el proceso de llenado. Las empresas han descubierto que los componentes de sellado de elastómero son un factor importante en la incorporación de sabor. Determinaron que seleccionar el material de sellado ideal es fundamental para evitar la transferencia de sabor de un proceso de llenado a otro.
También demostraron que los materiales FKM y FFKM son eficaces para prevenir la transferencia de sabores y aromas. Los materiales FFKM no absorben sabores y prácticamente no tienen ningún efecto detectable sobre el sabor de las bebidas posteriores, incluso en condiciones desfavorables. Esto hace que estos materiales de sellado sean ideales para su uso en líneas de embotellado que procesan bebidas con sabores intensos. El análisis de los materiales de sellado mostró que la absorción de sabor fue mayor para el FPDM en comparación con los materiales de FKM, lo que demostró un rendimiento significativamente mejor, lo que lo hace adecuado para su uso con muchas bebidas.
Sellado según los estándares
Además de abordar los numerosos factores que afectan los equipos de procesamiento, los materiales de sellado también deben cumplir con los requisitos reglamentarios para materiales en contacto con alimentos. Estas regulaciones son especialmente importantes para los fabricantes de equipos de alimentos y bebidas que venden sus productos a nivel mundial. En particular, se centran en las necesidades de la industria alimentaria internacional. Incluyen las regulaciones bien establecidas de la UE sobre contacto con alimentos y las regulaciones de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU. (FDA), así como la reciente certificación de las regulaciones alimentarias chinas en el mercado chino de equipos alimentarios.
Mirando hacia el futuro
Más que nunca, las empresas buscan aumentar la seguridad de sus máquinas y aplicaciones, al mismo tiempo que buscan reducir el mantenimiento y el costo del tiempo de inactividad inesperado. Numerosas soluciones de detección, junto con el Internet de las cosas (IoT), se están convirtiendo en soluciones rentables en la gestión avanzada de sellos y permiten la supervisión remota de dispositivos y la recopilación de datos.
Dado que los sellos suelen ser componentes críticos en los sistemas informáticos, la inteligencia artificial (IA) puede ofrecer beneficios reales a los fabricantes. Desde la selección de sensores hasta el análisis de datos, los fabricantes de sellos pueden colaborar con los fabricantes de equipos para desarrollar modelos predictivos de fallas, crear paneles de control del estado del sistema y mejorar el funcionamiento del sistema.
Conclusión
Las soluciones de sellado son esenciales para el rendimiento de los equipos de procesamiento y pueden tener un impacto significativo en el éxito comercial de los productos de alimentos y bebidas. Asociarse con un fabricante de sellos experimentado puede ayudar a garantizar que se seleccione el mejor material y diseño de sello para abordar los diversos factores que afectan el rendimiento del equipo de procesamiento, incluidos los productos químicos con los que los sellos entran en contacto, las propiedades mecánicas, los regímenes CIP y SIP, arrastre de sabor, diseño higiénico y la necesidad de cumplir con los estándares y regulaciones de la industria.
