¿Qué factores necesito controlar en mi proceso de limpieza? Si se aumenta la concentración de detergente, ¿elimino un problema de eficacia? ¿A mayor tiempo de limpieza obtendré mejores resultados? ¿Es importante el caudal en la limpieza CIP? ¿Cómo puedo reducir el tiempo de limpieza sin variar la eficacia? ¿Mejoro la limpieza si aumento la temperatura en cualquier situación? En este artículo se explican brevemente los factores clave para conseguir una limpieza eficaz.
Por Abel Caballero, Dairy Key Account Manager de Sealed Air Food Care
Empecemos con algunas definiciones. Detergencia es la capacidad de una solución de limpieza de eliminar la suciedad de una superficie. Tensoactivo / surfactante / humectante son productos que disminuyen la tensión superficial, es decir hacen que la penetración en una sustancia sea mayor. Dispersar: es la reducción de la partícula de suciedad. Secuentrante / quelante son compuestos capaces de ligar iones metálicos de tal manera que no exhiban sus reacciones normales en presencia de agentes precipitantes. Solubilidad es la capacidad de una sustancia de disolverse en otra. Dureza es la concentración de minerales (fundamentalmente sales de calcio y magnesio) presentes en el agua.
Los factores que influyen en la limpieza vienen dados por las seis T: Titration (Concentración), Temperature (temperatura), Time (tiempo), Turbulence (turbulencia), Training (formación) y Technology (tecnología). Otros factores que hay que tener muy en cuenta, y que se verán posteriormente, son la calidad del agua, el tipo de suciedad y la superficie a limpiar. A continuación se describe cada uno de los factores y la importancia del control y ajuste de cada uno de ellos en el proceso de higiene para garantizar la eficacia y eficiencia del mismo.
Titration
La solución detergente está formada por agua y una pequeña cantidad de producto químico; la concentración de detergente contribuye a lo que denomina “Energía química” para la eliminación de una suciedad determinada. En la Figura 1 se puede observar el ataque sobre la suciedad tanto del detergente alcalino como del ácido.
El proceso de detergencia comprende en primer lugar el mojado de la matriz; posteriormente el ablandamiento de ésta; a continuación se produce la penetración del detergente y por último la desintegración de la matriz.
El tipo de suciedad y la calidad del agua (dureza) determinan tanto la concentración de los detergentes necesaria en cada proceso de limpieza, como el orden de las fases detergentes, ya que no en todos los casos tienen la misma eficacia la actuación del detergente alcalino en primer lugar.
Como regla general, al aumentar la concentración de producto, se mejora o se incrementa el poder de limpieza de la solución, hasta llegar a un punto en el que se alcanza la máxima efectividad. Por encima de esa concentración, la eficacia del proceso no mejorará, sino que puede traer como consecuencia la pérdida de propiedades dispersoras de la suciedad dentro de la solución de limpieza con la consecuente pérdida del poder de detergencia, aumentando por tanto el tiempo destinado a la realización de la limpieza. En la imagen se puede observar un ejemplo en la limpieza de un intercambiador de calor.
Temperature
Se trata de un factor de gran importancia que mejora sustancialmente el proceso de limpieza, ya que las reacciones de los procesos de limpieza y desinfección corresponden a una cinética de primer orden; razón por la cual a mayor temperatura obtenemos un mejor desarrollo del proceso. Sin embargo hay que tener en cuenta los límites de eficacia y eficiencia del proceso.
Un incremento en la temperatura incrementa la solubilidad de algún tipo de suciedad y reduce la unión entre la suciedad y la superficie. Muchos tipos de suciedad, especialmente la grasa, son más fáciles de limpiar a altas temperaturas. Otras suciedades, como las proteínas, pueden, en cambio, ser más tenaces o difíciles de eliminar a temperaturas demasiado altas.
Por otro lado, algunos principios activos como el cloro o el ácido peracético son efectivos en determinados rangos de temperaturas. Si se sobrepasa el mismo, se pueden degradar ciertos componentes haciéndolos ineficaces. La temperatura también influye en la precipitación de las sales insolubles del agua, ya que en función de la dureza del agua, a mayor temperatura se tendrá una mayor precipitación.
En el caso de limpiezas manuales, la temperatura juega un papel muy importante ya que por seguridad del personal aplicador no puede ser elevada, por lo que se tendrá que jugar con otros parámetros de limpieza.
Time
Se considera que la eliminación de la suciedad respecto al tiempo sigue una curva exponencial inversa donde en el primer periodo de tiempo se elimina un porcentaje muy elevado de la suciedad. Ahora bien, esto no implica que los tiempos de limpieza deban ser extremadamente cortos.
El tiempo ha de ser el mínimo necesario para garantizar la eficacia y eficiencia del proceso de higiene. Actualmente se está estudiando el cálculo de ese tiempo a partir de la turbidez, sólidos en suspensión y/o la demanda química de oxígeno (DQO).
El tiempo de limpieza en las llenadoras de leche y algunos derivados lácteos suele ser un factor clave para el inicio de la actividad productiva. Un proceso de limpieza optimizado en estos equipos se puede traducir en aumento del rendimiento productivo y mejora de la eficacia global del equipo y del proceso. En cuanto a las limpiezas manuales, es el operador el que controla el tiempo de limpieza, por lo que, como se verá más adelante, es muy importante una buena formación de higiene tanto para la eficacia como para la eficiencia del proceso de limpieza.
Turbulence
La turbulencia se puede definir como el “efecto mecánico” con el que la solución detergente actúa sobre la suciedad adherida en tuberías, tanques o cualquier tipo de superficie. Con la acción mecánica se permite la renovación de la solución detergente en contacto con la suciedad, se facilita el arranque de los residuos fuertemente adheridos, y se evita su redeposición homogeneizando la suciedad en el líquido de lavado. Es un factor clave que se debe estudiar según el equipo y tipo de limpieza a realizar. Se debe distinguir entre:
Tuberías
En una tubería el flujo es laminar cuando Re <2100, intermedio cuando 2100> Re <4000 y turbulento cuando Re> 4000. La curva de distribución de la velocidad en una tubería es función del diámetro de la tubería (d), caudal del líquido (Q, o velocidad, v), densidad (ϕ) y de la viscosidad (μ) del líquido. Osborne Reynolds definió esta relación con un número adimensional. Número de Reynolds: Q = Re π μ d / 4 ϕ
La zona de trabajo requerida en los procesos CIP queda enmarcado entre un Número de Reynolds de 100.000-200.000 para diámetros inferiores a 4” (por la influencia de la rugosidad); es decir, una velocidad de trabajo entre 1,5 y 2 m/s. Sin embargo, para tuberías menores a 1" la velocidad para conseguir la turbulencia deseada es mayor de 2,5 m/s; por el contrario, para tuberías mayores a 3" la velocidad requerida es menor a 1,5 m/s.
Tanques
Lo que sucede en el interior de las tuberías deben ocurrir en la pared del tanque. La superficie interna de un tanque recibe un volumen de solución detergente en función del tipo de bola de limpieza y su posicionamiento. La fuerza con la que la solución detergente incide sobre las paredes del tanque es función de la presión y el volumen de la solución.
Cada tipo de bola de limpieza posee unas especificaciones de presión y caudal, mediantes las cuales se obtiene el alcance radial de la solución en el tanque y que la constante de flujo descendente tenga un régimen turbulento, es decir que se formen “olas” irregulares en la pared del tanque cómo se puede observar en la imagen. Ese flujo necesario depende de la suciedad del tanque.
Para conseguir régimen turbulento en un tanque es necesario conseguir un Re de 200.000. En el caso de una película descendente, el cálculo de Re según la ecuación: Re = 4 Γ / μ,
donde Γ : carga de líquido (caudal por unidad del perímetro mojado). En el caso de un depósito cilíndrico vertical es la longitud de la circunferencia 2 π r. Esta carga de líquido se sitúa entre 20 y 30 l/s m en función de la suciedad del tanque.
Dado que no todo el caudal que proyecta la bola de limpieza “baja” por la pared del recipiente en función del tipo de proyección de la misma, ésta debe aportar un caudal en función de la proyección de la bola de limpieza.
Training
La formación del personal que realiza las labores de limpieza y desinfección es fundamental para garantizar la eficacia y eficiencia del proceso de limpieza. Se deben entender que el proceso de limpieza y desinfección es una parte fundamental del proceso productivo, ya que garantiza la calidad del producto.
Asimismo, un profundo conocimiento de los procesos de limpieza y desinfección ayuda a la mejora de la eficiencia; reducir los ratios de consumo de la planta, por ej. litros de agua / litro de leche, disminución de vertidos, reducción tiempos de interfeses, ahorros energéticos, etc.
El conocimiento de los parámetros de limpieza de cada zona de trabajo, de los productos, de los riesgos desde el punto de vista de seguridad, etc. ayudan a la mejora en la eficacia y eficiencia tanto del proceso de limpieza como del proceso productivo.
Tecnology
El objetivo fundamental de la tecnología es el de disponer de sistemas, equipamientos e instalaciones actualizados y adaptados a las necesidades de cada plata ¿Dónde se puede actuar? En novedades en productos, sistemas aplicativos, equipos e instalaciones (sistemas CIP), diseño higiénico, etc. Todos ellos enfocados a una optimización del proceso de limpieza. En resumen, para poder optimizar los procesos de limpieza de una planta productiva deberemos tener en cuenta los seis factores descritos en este artículo teniendo en cuenta las especificaciones productivas de nuestra planta y así contribuir a la optimización del proceso productivo en conjunto.
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