Haga que CIP sea una parte integral de su proceso

May 01, 2023

Las válvulas a prueba de mezcla eliminan las conjeturas del proceso CIP al automatizar el cambio de válvulas a un formato prescrito para la limpieza, lo que reduce la posibilidad de error del operador.Foto cortesía de Wayne Labs

Ha automatizado su proceso y empaque y tiene registros en papel generados por computadora para mostrar la seguridad y calidad de los alimentos en todas sus instalaciones. ¿Por qué no haría lo mismo con la limpieza, dondequiera que sea práctico? Por supuesto, hay ciertos equipos que solo tiene que sacar del proceso para limpiarlos manualmente, pero para otros componentes, como tuberías, algunas cintas transportadoras, ciertas bombas, mezcladores, tanques y otros equipos, puede limpiarlos en su lugar ( CIP) y tener registros automatizados para mostrar pruebas de limpieza y saneamiento a los organismos reguladores cuando lo soliciten.

CIP es una parte integral de la limpieza y el saneamiento, lo que afecta la seguridad alimentaria de cualquier instalación. La limpieza y el saneamiento no solo lo ayudan a cumplir con los requisitos reglamentarios, sino que también protegen a los consumidores y a su marca de la contaminación y los retiros del mercado, dice Pablo Coronel, Ph.D., investigador principal de CRB - ​​proceso de alimentos y seguridad alimentaria.

CIP se lleva a cabo en líneas de proceso sin desmantelar y debe llegar a todos los rincones y grietas del equipo de proceso; por lo tanto, un equipo bien diseñado que sea compatible con CIP (a diferencia de COP, limpieza fuera de lugar) es imprescindible para cualquier instalación. Los materiales de construcción, drenabilidad, facilidad de limpieza y prevención de áreas/zonas muertas son algunos de los criterios de diseño, agrega Coronel.

Además del diseño del equipo, un sistema CIP exitoso depende de varias variables, como el caudal y la temperatura del agua, los productos químicos utilizados (concentración) y el tiempo de limpieza. Estas variables se establecen en colaboración con el proveedor de productos químicos según las características del producto que se va a limpiar (viscosidad, pegajosidad, cantidad de incrustaciones y presencia de alérgenos) y el equipo que se debe limpiar. Sin embargo, la presencia de alérgenos puede complicar el proceso CIP.

El CIP debe validarse para cada producto (o familia de productos) para garantizar que sea eficiente, es decir, que devuelva el equipo o la línea de proceso a un estado limpio. Piense en la validación como un control preventivo de seguridad alimentaria, dice Coronel.

La automatización ayuda a un CIP eficiente al garantizar que se utilice el ciclo correcto con cada producto. Durante la validación de CIP por producto, se establece una "receta" para la limpieza y se aplica sabiendo qué producto se elaboró. Los sistemas CIP pueden determinar automáticamente, o con intervención humana, la receta CIP óptima y monitorear el uso de productos químicos y agua, así como el caudal y la temperatura. Otros avances en sensores también pueden ayudar a determinar cuándo el equipo está limpio. La automatización CIP es una de las mejoras para la seguridad alimentaria y la sostenibilidad que cualquier instalación puede implementar, dice Coronel. "La automatización de CIP ayuda con la consistencia, el mantenimiento de registros y el control, que es una parte integral del plan de seguridad alimentaria".

"Hay varias cosas a tener en cuenta cuando se empieza a analizar el proceso", dice Neil Bogart, coordinador de soporte técnico del área ejecutiva de Ecolab Food & Beverage. "Lo primero que hay que entender es la suciedad con la que se está tratando; ¿qué suciedad de la matriz del producto es la más difícil de eliminar? Luego está la calidad del agua. Dado que la solución de limpieza CIP se compone de un 95-99,5 % de agua, tenemos que asegurarnos de que la química no se ve afectada por impurezas como dureza, alcalinidad, cloruros, sulfatos o iones metálicos".

Por ejemplo, el agua puede contener niveles variables de bicarbonatos de calcio y magnesio, que son temporales, y carbonatos, que son permanentes. Cuanto mayor sea el contenido, más dura será el agua. La química del calcio y el magnesio los hace menos solubles en agua bajo los procesos normales de limpieza y desinfección, lo que provoca incrustaciones que pueden unir la química de limpieza y no permitir que se active en el lavado. Como resultado, se necesitará más química para superar los niveles más altos de dureza. Dado que la cantidad de calcio y otros minerales en el agua varía de un lugar a otro, la concentración de detergente y desinfectante solo se puede establecer una vez que se conocen la dureza del agua y otros contenidos y características.

"Los próximos aspectos a considerar son las características del CIP, las temperaturas, los tiempos deseados y la fuerza mecánica que entregará el sistema", agrega Bogart. "Una vez que se comprenda todo esto, podemos hacer coincidir las características del suelo, el agua y el CIP con la química que será más eficaz para eliminar el suelo definido, a la temperatura, el tiempo y la fuerza mecánica deseados disponibles".

Los tres tipos principales de productos químicos utilizados para CIP son el lavado cáustico, el lavado ácido y el desinfectante, dice Adam Richards, ingeniero de seguridad alimentaria, consultor principal, proceso, Grey Solutions, miembro de la Asociación de integradores de sistemas de control (CSIA). Los productos químicos más comunes que se utilizan para el lavado cáustico son el hidróxido de sodio o el álcali clorado con un pH en el rango de 10-13. El propósito del lavado cáustico es eliminar la acumulación residual en las líneas y equipos de proceso, la acumulación de suciedad, el producto sobrante y las proteínas. Los ácidos se componen principalmente de ácido fosfórico y/o ácido nítrico. El paso de lavado con ácido es fundamental para eliminar la acumulación de incrustaciones dentro de las líneas, pero también se puede utilizar como neutralizador para ayudar a equilibrar el pH del sistema. Los desinfectantes que se han utilizado mucho son las soluciones de hipoclorito (potasio, sodio o calcio) porque el ingrediente principal es el cloro. Más recientemente, el dióxido de azufre ha surgido como desinfectante alternativo para las aves de corral, el procesamiento de frutas y las cervecerías debido a su poder oxidante y a que es menos corrosivo para los equipos. Otra alternativa para sanitizar es el ácido peracético, que es una mezcla de peróxido de hidrógeno y ácido acético. Funciona bien incluso a bajas temperaturas, deja pocos residuos de cloro después del ciclo de enjuague y es efectivo para todos los microorganismos.

"La tendencia hacia la reducción de las 'islas de automatización' es relevante para los sistemas CIP por muchas razones", dice Alan Maxwell, vicepresidente de industrias de proceso, E Tech Group, miembro certificado de CSIA. "Puede ser práctico integrar lo que tradicionalmente puede haber sido un sistema manual independiente o semiautomático en el sistema de control de procesos más amplio. La decisión se vuelve aún más fácil cuando se da cuenta de que las tecnologías de punta a nivel de máquina y la conectividad de red Ethernet punto a punto permiten para que esto se haga de manera fácil y rentable".

Maxwell señala otras razones para la integración:

Con muchos de los sistemas de proceso actuales, puede pensar en CIP como parte del proceso. "Un sistema CIP se utiliza en procesos que tienen equipos que no son fáciles de desmontar para un proceso de limpieza, ya que pueden consumir mucho tiempo y causar daños mecánicos si se desmontan a diario", dice Pavitra Pearson, directora sénior de proyectos de Novolyze. "Es de no intervención en su mayor parte". Piense en CIP como un sistema más automatizado, que es plug-and-play y requiere un operador para monitorear el sistema.

La plataforma de Novolyze permite monitorear parámetros clave de seguridad alimentaria con una sola herramienta. "De hecho, CIP es parte del control de procesos, ya que el desempeño de entregar un proceso limpio es crítico. El monitoreo ambiental es otra parte de la plataforma que ofrece Novolyze", dice Moussa Ndiaye, gerente de producto. "Tener un lugar centralizado que combine datos esenciales de seguridad alimentaria es imprescindible para tomar decisiones rápidas y eficientes".

Una de las principales áreas de enfoque de un proyecto CIP en la actualidad no es solo la automatización del CIP en sí mismo, sino la integración de cómo funciona y se comunica el CIP con otras piezas del equipo de proceso, dice Pete Barrie, director de gestión de productos de Sani-Matic. "Cuando estamos haciendo CIP de equipos de proceso (que está más automatizado que nunca), se necesita más comunicación: garantizar que el equipo esté listo para CIP, asegurarse de que las válvulas que deben abrirse estén abiertas, encender un eje agitador, etc. Con una 'planta más conectada', el CIP también debe estar más conectado a los equipos de esa planta".

"Todos nuestros sistemas de producción de alimentos e intercambiadores de calor incluyen sistemas CIP como estándar o están diseñados para conectarse con sistemas y protocolos CIP de fábrica más amplios", dice Matt Hale, director de marketing y ventas internacionales de HRS Heat Exchangers. Estos sistemas CIP integrados incluyen los sistemas de control operados desde los controles PLC principales, lo que significa que el vaciado, la limpieza y el llenado del sistema pueden ser una simple operación de un solo toque. Además, se mantienen registros completos del ciclo de limpieza, lo que permite una trazabilidad y un control de calidad completos, dice Hale.

La flexibilidad es una buena razón práctica para la integración CIP, según Paul Ericksen, gerente de automatización de Grey Solutions. "Podemos determinar los 'puntos fuertes' de los requisitos CIP si sabemos qué producto se acaba de ejecutar y cuál se ejecutará a continuación; por ejemplo, si se pasa del Producto A al Producto B, tal vez solo se requiera un simple enjuague, pero al pasar de producto B al producto C puede requerir un lavado caliente completo". Este nivel de integración puede eliminar lavados innecesarios, dice Ericksen. "El sistema CIP podría realizar un seguimiento de qué circuito se ha limpiado, en qué ciclo y cuánto tiempo hace; y se podrían programar interbloqueos en el sistema de producción según los requisitos. El sistema CIP también podría adaptar las concentraciones químicas, la temperatura de lavado, el tiempo de lavado. e incluso elegir entre diferentes productos químicos en función de esta información".

El caso de las válvulas a prueba de mezcla en los sistemas CIP

Hoy en día, las válvulas a prueba de mezclas son una parte necesaria de la mayoría de los sistemas CIP automatizados. Tener un diseño con válvulas a prueba de mezcla en el proceso agrega tiempo de programación, pero mejora en gran medida la eficiencia, ya que no es necesario cambiar las placas de flujo a diario y se evitan las conexiones incorrectas. Hay un costo inicial significativo con el hardware adicional, pero el ahorro de tiempo por día lo pagará fácilmente con un ROI corto.

Las válvulas a prueba de mezcla también permiten la limpieza simultánea de un circuito mientras continúan produciendo en otro. Esto es muy común en aplicaciones de productos lácteos u otros fluidos donde las líneas de productos se pueden limpiar mientras las líneas de suministro al proceso todavía están disponibles para su uso en producción. Al aprovechar esta funcionalidad, se puede obtener una eficiencia significativa y compensar el costo de la instalación.

— Tim Barthel, vicepresidente de soluciones de automatización, y John Tertin, director de ingeniería de soluciones, Cybertrol Engineering

"Sin la medición continua de los parámetros de control CIP, mantenerse competitivo es casi imposible en el panorama actual del procesamiento de alimentos", dice Ola Wesstrom, gerente de marketing de la industria de alimentos y bebidas de Endress+Hauser. Sin buenos datos CIP, los riesgos de contaminación inevitablemente dan como resultado productos, agua, energía y detergentes desperdiciados, o peor aún, retiros del mercado. En la mayoría de los casos, los parámetros CIP se capturan en un historial a través de vías de comunicación PLC, o en registradores digitales independientes, como Endress+Hauser Memograph M RSG45, dice Wesstrom.

"A medida que observamos mayores ganancias de eficiencia, buscamos analizar la carga orgánica del detergente antes y después de que se limpie el proceso", dice Wesstrom. "La aplicación de sensores de medición UV o NIR nos permite modelar la carga orgánica, lo que genera un ahorro de tiempo de alrededor del 10 al 30 %".

Los usuarios de CIP se están dando cuenta de que es tan importante automatizar el proceso de registro de datos (registrar parámetros de limpieza como tiempo, temperatura, conductividad, flujo, etc.) como automatizar la limpieza, que es el trabajo principal de CIP", dice Barrie de Sani-Matic, que aboga por las ganancias de eficiencia: "Si bien el CIP automatiza la limpieza, a menudo un equipo o miembro de calidad revisa los datos de limpieza antes de volver a poner el equipo en producción. Si una persona calificada puede revisar los datos digitalmente en su computadora segundos después de que se realiza el CIP para múltiples sistemas CIP en lugar de tener que rastrear los datos en papel en toda la instalación, se puede acortar el tiempo para volver a la producción".

"Usamos nuestros sistemas HMI/SCADA para sondear sensores relevantes (por lo general, temperatura, conductividad y caudal en el retorno CIP)", dice Ericksen. "Los sistemas SCADA modernos pueden sondear estos sensores cada segundo, o incluso más rápido, para desarrollar un gráfico (casi) continuo basado en el tiempo. También podemos registrar las fechas/horas de inicio y finalización de cada CIP, qué circuito se lavó, qué ciclo se utilizado y si el ciclo se completó con éxito o no. Combine esto con un sistema de historiador adecuado de algún tipo, y podemos desarrollar cualquier registro que se requiera hasta donde lo permita el sistema de almacenamiento de datos".

El software como el sistema en la nube SaniTrend de Sani-Matic permite el acceso instantáneo y completo a los datos de forma segura con solo acceder a un portal en línea con esta información. En muchos casos, estos paquetes de software brindan características adicionales que aumentan la eficiencia, como la calificación de la efectividad general del equipo (OEE), alertas por correo electrónico y mensajes de texto, y mucho más.

El software Novolyze agrega datos críticos de sensores en máquinas CIP y líneas de producción (hasta 200 puntos de entrada), dice Ndiaye. El proceso de liberación de línea se puede administrar dentro de la aplicación Novolyze con un flujo de trabajo simple que activa notificaciones a las partes interesadas. En caso de desviación, los informes de liberación de línea pueden enriquecerse con acciones correctivas/preventivas y comentarios de los usuarios para comprender completamente las desviaciones y las acciones correctivas. Luego, los datos se almacenan de una manera fácil de auditar que permite una capacidad de intercambio fácil y completa, además de la validación del proceso.

A pesar de todas las cosas buenas que brindan los datos de los sensores y el mantenimiento de registros automatizado, puede surgir un problema sorprendente, y quién sabe, tal vez sea la causa de algunos de los retiros recientes que informan "producto con posible contaminación con compuestos de limpieza".

Bogart de Ecolab describe la posible causa. "Una de las desventajas potenciales de la automatización es la falta de participación de los empleados en el CIP del equipo. Antes de la automatización, los empleados tenían que estar íntimamente involucrados con el proceso. Controlaban los pulsos de la válvula, la temperatura y el tiempo. Con la automatización, ahora pueden presione un botón y aléjese. Eso puede llevar a preguntas como: ¿Se lavó, o se lavó eficientemente, y se lavó correctamente? ¿Qué tan pronto alguien leerá la tabla de lavado y se asegurará de todos los tiempos, temperaturas, velocidades de flujo y ¿Las concentraciones cumplieron con el protocolo de lavado validado? Dependiendo de las regulaciones y los requisitos de auditoría de terceros, pueden pasar hasta siete días hasta que se verifiquen estos gráficos de lavado. ¿Qué más ha sucedido en esos siete días? pregunta Bogart.

Ecolab ha desarrollado una forma de responder a esas preguntas con 3D TRASA para CIP. Este programa captura lecturas de todos los sensores mencionados anteriormente y monitorea las salidas para garantizar que el lavado se complete de acuerdo con la receta de lavado validada. Si alguno de los factores críticos que pueden afectar la calidad del producto o la seguridad de los alimentos en el lavado cae fuera de los parámetros críticos del programa, se envía una notificación al personal responsable, notificándolos de inmediato. Esto proporciona informes oportunos y los procesadores ya no esperan hasta siete días para enterarse de que una pieza del equipo no funcionó correctamente, lo que podría afectar la calidad del producto o la seguridad alimentaria.

El caso de pigging en sistemas CIP

Muchos procesos se beneficiarán de limpiar la línea antes del CIP. El uso de pigging se debe considerar desde el principio en el diseño del sistema CIP para que se puedan usar las tuberías y válvulas adecuadas, o de lo contrario puede resultar un costo significativo del rediseño para acomodar el raspador.

Si bien casi todos los ciclos CIP incluirán un lavado inicial con agua, algunos productos, como el chocolate, no pueden usar agua. Independientemente del producto, limpiar la línea de antemano puede reducir significativamente la cantidad de uso de agua y, a veces, puede eliminar por completo la necesidad de enjuagar con agua. Además, dejar menos residuos en las líneas puede reducir potencialmente la duración de los enjuagues químicos, lo que resulta en un ahorro de productos químicos.

— Alan Maxwell, Grupo de tecnología electrónica

Las instalaciones de procesamiento que fabrican productos como mayonesa, aderezos, pastas y otros artículos viscosos pueden beneficiarse del pigging. Solo estaba trabajando con un cliente que no estaba limpiando sus líneas y tenía aproximadamente un 8% de desperdicio. Cuando se implementó el pigging, ese número se redujo al 1%. Cuando se trata de limpieza CIP en las líneas, si deja ese 8 % en el circuito de la línea, se necesitará mucho más agua de enjuague para eliminarlo antes de comenzar el paso de lavado. Si se completa correctamente, el enjuague previo debe eliminar hasta el 95 % de la suciedad antes de comenzar el lavado. Esto es para que el exceso de suciedad no bloquee la química, reduciendo la eficiencia del lavado y requiriendo más química para superar la química atada. En última instancia, esto reduce significativamente la cantidad de agua en el proceso CIP y permite que el sistema vuelva a la producción más rápidamente.

— Neil Bogart, Alimentos y bebidas de Ecolab

La FDA recomienda sistemas CIP separados para una instalación que tenga secciones de la planta crudas y cocinadas/RTE. Cuando esto no sea factible, la FDA recomienda una solución de limpieza alcalina a 71 °C o 160 °F o más. Ciertamente, las nuevas instalaciones se pueden diseñar con dos sistemas CIP separados, pero ¿qué pasa con las instalaciones más antiguas? ¿Cuales son las opciones?

Hoy en día, tener CIP de productos crudos y terminados separados es una mejor práctica, dice Tim Barthel, vicepresidente de soluciones de automatización en Cybertrol Engineering, miembro certificado de CSIA. "Los edificios deben diseñarse con separación física para garantizar que no se produzca el cruce de productos crudos y pasteurizados. Tenemos muchas situaciones que encontramos con un solo sistema, y ​​debido a posibles alérgenos u otras preocupaciones de seguridad alimentaria, requiere más rellenos/recarga de los tanques químicos".

"¿Tendrían sentido los sistemas CIP separados en la mayoría de las instalaciones? Sí, y sería mi recomendación", dice Bogart de Ecolab. "Sin embargo, cuando busca agregar a un sistema existente, es importante comprender sus capacidades de utilidad. ¿La caldera tiene suficiente capacidad? Esta suele ser la principal preocupación".

"Dicho esto, con sistemas separados, no tendrá que mantener el sistema tan caliente", agrega Bogart. "Los tanques deslizantes CIP podrían ser más pequeños, lo que reduciría el uso de agua y el uso de productos químicos. El impacto general de los servicios públicos en la mayoría de los casos sería positivo y respaldaría la separación. Estos se suman al impacto positivo en la seguridad alimentaria dentro del proceso".

"Como la mayoría de los sistemas RTE y de alimentos crudos están separados, tiene sentido tener sistemas CIP separados, y cuando el CIP está integrado en el equipo original, este será el caso", dice Hale de HRS. "Debería ser posible diseñar sistemas CIP separados desde el punto de vista operativo que no puedan contaminarse entre sí, pero que aún usen la misma fuente de solución de limpieza, etc. para minimizar la replicación del sistema y el desperdicio de recursos. Obviamente, si la solución de limpieza se va a reutilizar, entonces este enfoque no es factible, de ahí el consejo de la FDA".

"Sí, mantener los sistemas separados específicamente para crudo y RTE es una forma de hacerlo", dice Pearson de Novolyze. "Cuando se trata de agua cruda, la reutilización del agua es una situación complicada. La reutilización del agua se puede hacer de diferentes maneras: el agua reciclada se puede usar para limpiar diferentes áreas de la planta, o se pueden agregar más productos químicos al agua reciclada para traerla. hasta la concentración requerida y el uso para la limpieza. El reciclaje del agua reduce la cantidad de productos químicos y el uso de agua ".

"Los sistemas CIP separados tendrían más sentido debido tanto a la separación física como a la capacidad de ejecutar los CIP cuando los necesite (y no)", dice Barrie de Sani-Matic. "Cuando el CIP está muy lejos del proceso que se está limpiando, no solo es necesario instalar más tuberías de suministro y retorno, sino que las caídas de presión aumentan y es posible que el sistema CIP (por ejemplo, la bomba de suministro) deba sobredimensionarse para funcionar a los flujos y las presiones necesarios. Con los CIP separados, se requerirá un poco más de agua y productos químicos ya que los circuitos no comparten un tanque cáustico/químico para su reutilización. Una planta más pequeña puede combinar estas funciones CIP debido a la inversión de capital, espacio y/o o porque no están ejecutando tantos ciclos CIP".

Esta pregunta prevalece en las plantas lecheras, dice Ericksen. "Sí, tiene sentido procesar equipos crudos y pasteurizados con sistemas CIP separados. En cuanto a la pregunta sobre la reutilización del agua, no reutilizaría el agua utilizada para enjuagar o enjuagar en un solo sistema que lave tanto la leche cruda como la pasteurizada. Entonces, usar dos sistemas CIP separados ahorraría agua en este sentido".

Finalmente, una nota positiva sobre dos sistemas separados de Chris Graham, Gray Solutions, consultor principal, proceso: "El costo adicional de los sistemas CIP separados se compensará fácilmente con una mayor eficiencia y flexibilidad operativa". La reutilización del agua estaría localizada para cada sistema. Cada sistema CIP tendría su propio conjunto de tanques; limpiadores, desinfectante y enjuague agrega.