agosto 1, 2023
Opciones de válvulas y tuberías termoplásticas muy utilizadas en la industria alimentaria y de bebidas
Contribución de Pat Higgins, Directora de Desarrollo Empresarial
El uso de plásticos de alto rendimiento en el procesado de alimentos y bebidas
Debido a sus ventajas inherentes, los plásticos de alto rendimiento se utilizan en una amplia gama de aplicaciones de la industria alimentaria y de bebidas. Estas aplicaciones incluyen el transporte de agua potable, aguas residuales y productos químicos. La sustitución de componentes de proceso de acero inoxidable, como tuberías, válvulas, carcasas de filtros y depósitos, por plásticos es cada vez más habitual, a medida que se reconocen las ventajas de los plásticos en diversos sectores.
La industria de la cerveza artesana
Por ejemplo, los cerveceros artesanales comerciales han utilizado recipientes de plástico para la fermentación como alternativa económica al acero inoxidable. Un fermentador, en lo que respecta a la elaboración de cerveza, es un recipiente que los cerveceros utilizan para convertir el mosto en alcohol. El mosto es la mezcla de agua y granos que ha hervido el cervecero. La fermentación se lleva a cabo añadiendo levadura al mosto.
Los plásticos también se han utilizado en sistemas de recuperación de levadura como parte del proceso de fabricación de cerveza. Es necesario recuperar la levadura de una fermentación y utilizarla para fabricar la siguiente. El polietileno de alta densidad (HDPE) se ha utilizado como sustituto del acero inoxidable en los sistemas de recuperación de levadura. El HDPE es una elección excelente para esta aplicación, dadas sus propiedades como material y las ventajas que ofrece sobre el acero inoxidable (1):
- Bajo coste: El coste del material de HDPE, incluidos los tubos y los accesorios moldeados, es más barato que el del acero inoxidable.
- Peso ligero: Los materiales de polietileno de alta densidad son más ligeros que el acero inoxidable, lo que supone un menor coste de envío y una instalación menos laboriosa.
- Resistencia a la contaminación microbiana: El HDPE tiene propiedades antimicrobianas, por lo que es una opción ideal frente al acero inoxidable.
- Certificado NSF-61: El HDPE tiene la certificación NSF-61, por lo que es seguro para aplicaciones de agua potable.
- Resistencia a la corrosión: El HDPE es químicamente resistente, resistente a la abrasión, compatible con el agua salada y no se oxida, descascarilla, pica ni corroe.
- Compatibilidad química: El HDPE ofrece una compatibilidad química similar o mejor que el acero inoxidable.
Los tubos y accesorios de HDPE pueden unirse mediante fusión térmica para crear carretes de tubo específicos para cada aplicación. Las soldaduras por fusión térmica forman uniones sin fugas, que son tan fuertes o más que la tubería. Los carretes de tubos pueden integrarse en conjuntos de patines de nivel superior, como se muestra en la imagen siguiente.
Las válvulas termoplásticascomo las válvulas de bola, mariposa, retención y diafragma, también se instalan en el procesado de alimentos y bebidas. Las válvulas se ofrecen en diversos materiales de cuerpo para adaptarse a aplicaciones específicas. Entre los materiales termoplásticos más utilizados están el PVC, el CPVC, el PP y el PVDF.
Los plásticos pueden agruparse en distintas categorías según su composición química. Hay materiales vinílicos, como el cloruro de polivinilo (PVC) y el cloruro de polivinilo clorado (CPVC), que suelen ser el material típico para el transporte de productos químicos, ya que están bien aceptados y ampliamente disponibles. Las poliolefinas, como el polietileno (PE) y el polipropileno (PP), son otro grupo de termoplásticos.
El PE también está disponible y bien considerado en muchas aplicaciones, como la distribución de gas y el suministro de agua. El PP se considera una opción ideal para muchas aplicaciones con distintos niveles de pH, ya que maneja muy bien los ácidos y las bases. Los fluoropolímeros constituyen el último grupo de materiales termoplásticos. Los fluoropolímeros son termoplásticos de alto peso molecular que ofrecen una increíble resistencia química a los ácidos fuertes. El fluoruro de polivinilideno (PVDF) es un material especialmente bueno para transportar ácidos.
En la elaboración de cerveza artesana, válvulas de bola de PVC proporcionan una solución económica y ofrecen una excelente resistencia a la corrosión. Las válvulas de bola suelen ser válvulas de un cuarto de vuelta con características de caudal hiperbólico, bajas caídas de presión y estanqueidad fiable. Utilizan una bola giratoria con un orificio en el que girando la bola un cuarto de vuelta se puede detener el flujo de un fluido y se utilizan mucho en aplicaciones de apertura y cierre. Las válvulas de bola son excelentes para su uso en aplicaciones de servicio de fluidos limpios con muy pocos o ningún sólido en suspensión. Las válvulas con un diseño de verdadera unión pueden levantarse de la línea sin tener que mover la tubería, simplemente aflojando las tuercas de unión. El coste de propiedad mejora aún más, ya que las válvulas pueden desmontarse y actualizarse con piezas de repuesto.
Accionamiento: Válvulas de bola y válvulas de mariposa también tienen la opción de ser accionadas neumática o eléctricamente. Los actuadores controlan a distancia la apertura y el cierre de las válvulas para aumentar la automatización y la eficacia del proceso. En la industria alimentaria y de bebidas neumáticas y actuadores eléctricos son los principales métodos de accionamiento utilizados.
Los actuadores neumáticos funcionan con aire comprimido, mientras que los eléctricos funcionan con un motor y un tren de engranajes. Los actuadores eléctricos se utilizan con frecuencia para la automatización de válvulas de bola. Los actuadores eléctricos funcionan con un motor que, cuando recibe tensión, engrana un tren de engranajes que produce el par necesario para abrir/cerrar la válvula de bola. Los actuadores eléctricos proporcionan un método de control de válvulas energéticamente eficiente, limpio y silencioso. Los actuadores pueden comprarse y montarse con una válvula como un paquete o como una unidad independiente y añadirse a una válvula de cuarto de vuelta existente.
La industria alimentaria
En el procesado de alimentos se necesitan diversos productos químicos. El hidróxido sódico, o comúnmente llamado cáustico, se utiliza con frecuencia para limpiar equipos de procesado de alimentos o lácteos como paso de limpieza in situ (CIP). La CIP es un método automatizado para la limpieza periódica de las superficies interiores de tuberías, accesorios, depósitos y otros equipos, sin necesidad de desmontarlos para ahorrar tiempo y costes.
Para el transporte de productos químicos cáusticos dentro de una planta de procesamiento de alimentos, las tuberías de polietileno o polipropileno son una solución ideal. Las propiedades del polietileno y el polipropileno incluyen resistencia química, resistencia a la corrosión, resistencia al impacto, ductilidad, resistencia a la rotura por fluencia, resistencia a la carga de presión y soldabilidad excepcional.
Los sistemas de tuberías de doble contención proporcionan un factor de seguridad adicional para los productos químicos cáusticos. La tubería interna se denomina tubería portadora y la tubería externa, tubería de contención. Las tuberías de doble contención protegen contra la remota posibilidad de una fuga en la tubería portadora que transporta el producto químico. También se pueden incorporar opciones que incluyan la detección de fugas.
La fusión por calor se utiliza habitualmente para soldar sistemas de tuberías de doble contención. Se trata del proceso de calentar el termoplástico hasta un estado fundido y presionar dos componentes para formar un enlace molecular. La fusión por calor crea una tubería homogénea, por lo que no hay separación entre los dos componentes, que es una de las muchas ventajas de este método de soldadura. La fusión a tope es el método estándar para unir poliolefinas y fluoropolímeros porque no hay limitación de tamaño y ofrece las uniones más fuertes para las aplicaciones más exigentes. El principio de la fusión a tope consiste en calentar dos superficies hasta que se fundan, ponerlas en contacto y dejar que se fusionen mediante la aplicación de fuerza. La fuerza hace que el flujo de los materiales fundidos se una. Al enfriarse, las dos partes se unen. No se añade ni se modifica químicamente nada entre los dos componentes que se unen. Los sistemas de tuberías de doble contención que están totalmente sujetos y constan de los mismos materiales de soporte y contención pueden aprovechar el método de fusión simultánea a tope. La fusión simultánea permite la instalación más rápida y sencilla al realizar la soldadura interior y exterior a la vez.
Los sistemas de válvulas y tuberías de plástico de alto rendimiento se aplican cada vez más en el procesado de alimentos y bebidas como alternativa al acero inoxidable. Ofrecen muchas ventajas en comparación con el acero inoxidable, como bajo coste, resistencia a la corrosión y compatibilidad química. Los plásticos también son más ligeros, están disponibles en una amplia gama de materiales y se unen mediante diversos métodos de unión para ayudar a los diseñadores a cumplir los requisitos de sus aplicaciones.
(1) Información obtenida para el Manual de PE del Performance Plastics Institute (PPI)
Nota: este artículo fue publicado originalmente por Asahi/America en la revista de la Asociación Internacional de Distribuidores de Plásticos (IAPD), Performance Plastics, en mayo de 2023. Para ver el artículo, visita nuestra biblioteca de artículos técnicos.