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Aug 01, 2023

Tendencias en máquinas llenadoras de líquidos: los equipos de hoy son más versátiles

Llenadora de carrusel Ampack de Bosch para productos lácteos en botellas y vasos preformados

La máquina de llenado de carrusel Ampack de Bosch para productos lácteos en botellas y vasos preformados responde a la creciente demanda del mercado de limpieza simplificada, minimización del riesgo de contaminación cruzada y reducción del desperdicio de productos. Fuente: Bosco.

Con el regulador de flujo proporcional, Krones hizo posible un ajuste continuo de la velocidad de flujo del líquido y eliminó el aire neumático. Fuente: Krones.

El Modulfill con sonda de nivel está equipado con un remolino que guía suavemente el líquido hacia la pared de la botella y hacia el interior de la botella. Fuente: Krones.

El Unifiller de JBT tiene puertos de válvula grandes y recorridos de producto cortos, lo que le permite llenar productos de partículas grandes y viscosos. Fuente: JBT.

Las áreas que mejoran la usabilidad del equipo para los operadores incluyen una HMI intuitiva, así como paneles fáciles de usar y leer. Fuente: Tetra Pak.

Un paseo por el pasillo de la tienda de comestibles ejemplificará la abrumadora cantidad de productos de bebidas para elegir en estos días. Incluso con la amplia variedad existente de sabores y conceptos dentro de cada categoría de bebida, los consumidores parecen querer aún más. Por ejemplo, uno de los segmentos de más rápido crecimiento en la industria de las bebidas sigue siendo la cerveza artesanal. Incluso después del comienzo de su ascenso meteórico hace unos años, la cantidad de cervezas especiales con ingredientes únicos y diferentes estilos continúa proliferando, seguida de cerca por otros productores artesanales de alcohol, como sidra y licores. Para mantenerse al día, muchas instalaciones están diseñando e instalando líneas de llenado de líquidos adicionales.

"A medida que las líneas de productos continúan evolucionando para satisfacer las crecientes demandas de los consumidores, los fabricantes buscan equipos flexibles que permitan modificar los productos, sin arruinarse", dice Paul Grainger, técnico directo de cuentas clave para América del Norte de Tetra Pak. "El equipo de hoy simplemente debe estar diseñado para adaptarse a una amplia gama de productos para que sea viable".

Además, para maximizar la eficiencia de la producción, muchos están recurriendo a equipos de alta capacidad y más automatizados que brindan esta flexibilidad. Sin embargo, lo más importante es la precisión, la minimización del desperdicio de productos, la reducción de los tiempos de cambio y la simplificación del saneamiento. Los proveedores de equipos de llenado de líquidos están trabajando para satisfacer todas estas necesidades y más.

Al elegir una máquina llenadora específica, un buen lugar para comenzar es conocer las características exactas del producto líquido. ¿Es un líquido que fluye libremente? Esto podría funcionar mejor con una máquina de llenado de flujo cronometrado donde se entrega el mismo volumen de producto en cada ciclo. ¿Qué pasa si el producto es más viscoso? Para eso, un relleno líquido de desplazamiento positivo podría ser el camino a seguir.

"La especificación del producto es el parámetro más importante que nosotros, en Bosch Packaging Technology, necesitamos para identificar un equipo de llenado adecuado para nuestros clientes", dice Jonathan Viens, gerente de ventas y marketing de América del Norte. “Estamos hablando de las características del producto, como la temperatura de llenado, las partículas, la tendencia del producto a salpicar o hacer espuma, etc.”

Explica que si una empresa está tratando de dispensar alimentos para bebés en recipientes, Bosch sugeriría máquinas de llenado aséptico servoaccionadas con pistones totalmente metálicos. Este tipo de equipo ayuda a abordar la precisión en el llenado de un producto que es altamente viscoso y rico en partículas, pero también evita las fluctuaciones de peso o los problemas de sobrellenado.

Para los productos que necesitan una atención especial para minimizar los microorganismos y garantizar la seguridad alimentaria, como los jugos, se necesitará tecnología de llenado en caliente para botellas higiénicas. Este fue el caso cuando Coca-Cola Canners en Sudáfrica comenzó a embotellar té helado, bebidas deportivas y jugos con y sin trozos de fruta. La instalación contaba con dos líneas de embotellado de PET existentes, pero debido al alto contenido de pulpa del jugo, se necesitaba una nueva línea.

La empresa contrató a KHS, un fabricante de equipos de llenado y envasado, para instalar una línea de llenado en caliente. El contenido se calienta a más de 100°C y se llena a una temperatura de aproximadamente 83°C. La línea puede llenar hasta 48.000 botellas por hora, con un tamaño de entre 0,3 y 1,5 litros. Para evitar dañar los trozos de fruta durante el llenado, la línea se equipó con dos llenadoras volumétricas de precisión donde las piezas de fruta se embotellan primero con una pequeña cantidad de jugo antes de que la segunda llenadora rellene las botellas con jugo puro. Esta comprensión del impacto del relleno en el producto final es importante, especialmente para líquidos sensibles.

"Algunos yogures tienden a 'cortarse' cuando se les fuerza a través de pequeñas aberturas", dice Jan Sundberg, gerente de desarrollo de aplicaciones de JBT Corporation. "La llenadora debe tener un manejo cuidadoso dentro del tazón/tolva de llenado y también cuando el producto fluye a través de la válvula. Los puertos más grandes y las rutas cortas y rectas para el flujo del producto son clave para minimizar cualquier daño". Por ejemplo, características como codos, tuberías y bombas adicionales pueden cambiar la viscosidad de un producto, por lo que eliminarlos para estas aplicaciones podría ofrecer protección contra daños.

“Productos como cremas o apósitos aceitosos solo se pueden dosificar con una estación de dosificación específica, por ejemplo, válvula positiva”, dice Viens. “De lo contrario, el movimiento giratorio en las estaciones de dosificación estándar podría dañar el producto, o el diseño de la bomba podría separar el aceite del producto base”.

Cuando se embotella un producto como la cerveza, que tiende a formar espuma, es primordial un llenado cuidadoso. Las cervecerías quieren limitar la cantidad de oxígeno absorbido por la cerveza tanto como sea posible durante el proceso de llenado, pero también quieren maximizar el rendimiento. Para ayudar a resolver estos problemas, Krones ha equipado su llenadora Modulfill con una sonda de nivel que incluye un remolino.

"El remolino guía suavemente el líquido hacia la pared de la botella y dentro de la botella", dice Stefan Kraus, gerente de producto para tecnología de llenado. "Además, la válvula de llenado está equipada con dos velocidades de llenado diferentes. El resultado es un proceso de llenado suave con pocas turbulencias y menos formación de espuma".

Debido a la amplia variedad de productos que se empaquetan en las plantas, más procesadores buscan llenadoras que puedan manejar múltiples conceptos. Los proveedores de equipos entienden esto, pero es posible que aún no puedan ofrecer una panacea.

"En el mundo de los alimentos, el día de 'una llenadora sirve para todos' todavía no ha llegado debido a la amplia gama de características del producto", dice Viens de Bosch, que adquirió al fabricante de equipos de llenado y sellado Osgood Industries, Inc. en 2015. Cuando Bosch Osgood presentó su bomba estilo tanque, parte del objetivo era abordar esta necesidad de llenadoras para manejar muchos tipos diferentes de productos. Por lo tanto, la bomba estilo tanque puede manejar una variedad de productos, desde jugo líquido hasta yogur viscoso en tanque. "Con esta solución, los pistones que se utilizan para bombear el producto están ubicados dentro de la tolva. Una distribución uniforme del producto sobre cada pistón y tolerancias estrechas ofrecen al usuario una excelente repetibilidad de carril a carril y eliminan la necesidad de juntas tóricas dinámicas. en la cabeza del pistón".

"Los clientes exigen que el nuevo equipo de llenado sea más versátil y pueda manejar una gama completa de productos variados", dice Sundberg. Como resultado, la llenadora JBT Unifiller puede manejar desde productos con una consistencia acuosa y delgada hasta productos espesos y gruesos con un alto contenido de sólidos y partículas grandes. "[Es] una llenadora de pistón volumétrica única con recorridos de producto cortos y puertos más grandes". Además, las boquillas de llenado están diseñadas para aplicaciones específicas y se pueden cambiar fácilmente.

Las máquinas llenadoras de Krones también están diseñadas pensando en la flexibilidad, dice Kraus. Como ejemplo, cita algunos de los equipos de llenado de la empresa que se pueden ajustar automáticamente a través de la sonda de llenado, lo que también aborda la mejora de la automatización.

Para la mayoría de sus máquinas llenadoras, Serac utiliza la tecnología de llenado por peso neto, que controla la cantidad de producto que se dispensa en el contenedor para dar una medida precisa de lo que hay dentro. Alan Bonanno, gerente de marketing de Serac, dice que debido a que la aireación, la temperatura y la viscosidad no afectan la precisión de una llenadora de peso neto, puede manejar una variedad de productos con diferentes características.

La flexibilidad del producto no es la única demanda de llenado, pero las formas, los tamaños y los materiales utilizados en los diferentes contenedores que se llenan también son muy variables. Saber el tipo de contenedor es importante para que lo entiendan los proveedores de empaques, dice Viens, ya que "controlará la configuración en numerosas estaciones de máquinas y la cantidad de carriles requeridos".

"Los contenedores más grandes requerirán válvulas más grandes, ciclos de llenado más prolongados y un mayor paso entre los centros de las válvulas; todo esto impulsa marcos de llenado más grandes", dice Sundberg. Sin embargo, no es solo el tamaño del contenedor lo que es un factor, sino también el material. "El vidrio a veces es más difícil simplemente porque es mucho más pesado que las latas. La contrapresión en la sección de entrada es más alta y es posible que se necesiten refuerzos. Un tope de contenedor tipo cuña tradicional no funcionará con vidrio". Sin embargo, JBT usa un tope de contenedor de estilo giratorio, que dice que no romperá el vidrio.

Muchas empresas se están pasando a envases más ligeros y utilizan materiales como el PET. Serac se ha adaptado a esto desarrollando la pinza de cuello universal, que mueve el envase por el cuello a través de la máquina. Esto puede aumentar el rendimiento y reducir los costos al reducir el tiempo de configuración y las necesidades de mantenimiento.

"Debido a que el diámetro del cuello de la mayoría de los contenedores tiene tamaños estandarizados, la pinza de cuello de Serac puede manejar contenedores de diferentes tamaños sin cambiar las herramientas, lo que ahorra costos de herramientas que normalmente se requieren para máquinas sin pinzas de cuello", dice Bonanno.

Las máquinas llenadoras de Krones permiten llenar una amplia gama de tipos de recipientes similares con diferentes volúmenes con una sola máquina. Cuando Ocean Spray abrió su nueva planta de producción en Lehigh Valley, Pensilvania en 2014, la empresa instaló una línea de PET flexible de Krones que puede producir 11 tamaños de envases diferentes y funciona a 350 botellas por minuto con una eficiencia del 87,5 %. A veces se pueden hacer diferentes tipos de envases en una sola máquina, dice Kraus, pero el vidrio y las latas deben mantenerse separados.

Tener los envases correctamente llenos es uno de los elementos clave para garantizar la calidad del producto y el control de la entrega. Las botellas llenas de manera insuficiente, en el mejor de los casos, pueden dar lugar a quejas de los consumidores y, en el peor de los casos, pueden llevar a una empresa a los tribunales. Sin embargo, el sobrellenado puede ser costoso y un desperdicio. Esto significa que un relleno debe ser preciso y mantener constantemente esa precisión a lo largo de los años.

"La precisión es una función de muchas partes diferentes del relleno", dice Sundberg. En otras palabras, la máquina debe ser robusta para cumplir con los criterios más importantes para los procesadores, que son el tiempo de actividad y maximizar el rendimiento operativo con un mantenimiento mínimo.

Debido a que la precisión de llenado depende de tantos factores, como la tecnología utilizada y las diferentes características del producto, un método para mejorar el rendimiento es aumentar la automatización. Viens de Bosch recomienda usar controladores lógicos programables (PLC) que controlen y realicen ajustes consistentes en los parámetros de llenado y el flujo del producto. Además, en las instalaciones que utilizan rellenos de varios carriles, destaca la importancia de eliminar las variaciones de carril a carril durante el proceso de llenado. Recomienda tener presión de aire estéril en la tolva para minimizar la variación del llenado y tener "una distribución nivelada del producto en la tolva por encima de cada pistón".

Bonanno de Serac dice que la clave para aumentar la precisión durante la operación de llenado es el control del caudal. La llenadora Servo Dynavalve supervisa y ajusta el caudal a través de un servomotor que controla la apertura y el cierre de la válvula y un mecanismo paso a paso para mantener un caudal constante. Serac también diseñó su nueva estación de llenado FC Filler Capper para integrar tres componentes en una acción estandarizada.

"Nuestros nuevos diseños ofrecen mayores velocidades de llenado mediante el empleo de un algoritmo avanzado para monitorear el ciclo de llenado para una mayor precisión y una nueva válvula de llenado que utiliza servomotores para una mayor eficiencia y un llenado preciso", dice. Además, esta precisión ayuda a eliminar el desperdicio de producto al garantizar que no se sobrellene ni se desborde el producto. "Esto no solo ahorra dinero al ahorrar producto, sino que también reduce los gastos de mantenimiento asociados con la limpieza de la máquina y el área que la rodea".

La conservación de energía se está convirtiendo en un punto de conflicto para los procesadores que intentan ahorrar en costos de servicios públicos y reducir su huella ambiental. Viens dice que Bosch trabaja para mejorar esto mediante la instalación de motores eléctricos y servoaccionamientos, lo que reduce la necesidad de que los operadores ingresen manualmente diferentes fórmulas, formatos, cantidades, etc.

"Todos los movimientos principales también son impulsados ​​por servomotores, lo que permite ajustes rápidos y sencillos en la configuración, mejora la efectividad general del equipo [OEE] y ofrece velocidades de hasta 40 ciclos por minuto", dice. "Las estaciones para funciones adicionales, como tapas a presión, también se pueden integrar fácilmente mediante servoaccionamientos, lo que mejora aún más la flexibilidad de la línea".

Para abordar la eficiencia energética, las máquinas Modufill de Krones también están equipadas con servoaccionamientos y un regulador de caudal proporcional. Esta tecnología permite que los procesadores ajusten electrónicamente la velocidad de flujo del líquido en la válvula de llenado sin necesidad de aire neumático.

Con muchos procesadores aumentando la variedad de productos para llenar, minimizar el tiempo de limpieza y cambio sigue siendo un enfoque principal. Las llenadoras con capacidades automáticas de limpieza in situ (CIP) se han identificado durante mucho tiempo como una forma de acelerar el proceso de limpieza. Sin embargo, Sundberg dice que esto solo es posible si el recipiente de llenado y las válvulas tienen un diseño de drenaje automático, que no tenían los llenadores de pistón tradicionales, pero JBT Unifiller sí.

"Muchas personas no entienden esto", dice. "Solo es posible realizar un enjuague con agua caliente y un enjuague rápido con el producto si puede drenar completamente las líneas del producto, el recipiente y las válvulas sin desmontarlos".

Con la solución de bomba estilo tanque de Bosch-Osgood, los pistones y los vástagos de las boquillas se retraen en la tolva durante el CIP. Viens dice que algunos de los clientes de la compañía han informado tiempos de CIP reducidos en comparación con las llenadoras de pistón horizontales tradicionales. Además, como se señaló anteriormente, el diseño elimina la necesidad de juntas tóricas dinámicas, que pueden romperse y caer en un contenedor.

El aumento de las características generales de diseño sanitario de los rellenos sigue siendo otra área de mejora. Más equipos están incorporando superficies inclinadas para aumentar el drenaje y evitar el uso de cuerpos huecos, lo que puede facilitar la acumulación de productos.

"Hacer que la llenadora sea fácil de limpiar y visible para los operadores la convierte automáticamente en una máquina más limpia", dice Sundberg. Elementos como la protección transparente y la iluminación LED pueden iluminar las áreas sucias. "Si es visible, se limpiará".

La nueva tapadora de llenado FC de Serac fue diseñada para reducir la contaminación a través de una cubierta inclinada y la eliminación de un tanque de retención tradicional, dice Bonanno. Recomienda buscar el uso de acero inoxidable en los equipos, incluidas las líneas aéreas y los separadores, lo que ayuda a mantener la máquina higiénica. Las máquinas que utilizan un sistema de flujo laminar correctamente diseñado, así como tubos de soplado y chorros de lavado, también ayudarán a reducir la contaminación.

Todos estos son principios generales de diseño de equipos limpios que es bueno tener en cuenta. Sin embargo, el nivel de higiene de la llenadora estará dictado por las necesidades específicas del producto de llenado.

"Lo mejor es definir las ambiciones de vida útil del producto, el perfil de sabor y otros requisitos", dice Grainger de Tetra Pak. Por lo tanto, en lugar de comenzar con la elección del equipo y luego desarrollar un producto, comience determinando si el producto necesita una tecnología de llenado limpia, ultralimpia o aséptica.

"Para los alimentos con una expectativa de vida útil de hasta 14 días, como los aceites comestibles o los jugos de frutas llenados en caliente, la mayoría de los fabricantes utilizan la tecnología limpia, que no requiere una descontaminación adicional del contenedor", dice Viens. "Mientras que, en el caso de productos que requieran hasta seis semanas de almacenamiento, los materiales de empaque se tratan y desinfectan, y el proceso de llenado se completa dentro de los límites de un túnel de aire estéril. El nivel de higiene más alto posible, que permite hasta uno- años de vida útil fuera de la cadena de refrigeración, es una solución elegida por los productores de alimentos infantiles y clínicos".

A pesar de que las máquinas llenadoras tienen una tendencia hacia una mayor automatización, el equipo debe ser fácil de usar para los operadores. Se está prestando más atención al diseño de una interfaz hombre-máquina (HMI) intuitiva con paneles que sean más fáciles de usar y leer.

"Una configuración adecuada de la HMI es vital", dice Sundberg. JBT ha incorporado imágenes en la HMI de algunas máquinas para que los operadores puedan detectar un problema con solo un vistazo, también sin necesidad de superar las barreras del idioma.

Algunos proveedores de equipos se han centrado en configurar máquinas con un sistema HMI estándar. Por ejemplo, Bosch está utilizando pantallas táctiles con características diseñadas para facilitar el trabajo de los operadores, como incluir secciones de preguntas frecuentes y usar más representaciones gráficas. Viens dice que esto ayuda a los operadores a monitorear el rendimiento más de cerca y evitar posibles tiempos de inactividad.

"Otra forma de aumentar la facilidad de uso es localizar las interacciones del operador en una zona específica", dice Grainger de Tetra Pak. La empresa rediseñó sus máquinas llenadoras para ubicar todos los módulos en el nivel del suelo, eliminando así la necesidad de subir escaleras para ejecutar comandos en el segundo nivel. "Esto elimina el movimiento innecesario y reduce la incidencia de caídas u otras lesiones".

Sin embargo, es posible que no sea solo una mejor interacción entre el operador y la máquina lo que aumenta la eficiencia del trabajador. Grainger adopta un enfoque más holístico y aconseja a los procesadores que adopten la metodología 5S. Este es un método de organización del lugar de trabajo que utiliza una lista de cinco palabras japonesas, que se pueden traducir a: clasificar, poner en orden, brillar, estandarizar y sostener. Estos conceptos instruyen a los empleados a mantener un ambiente ordenado a través de estrategias de trabajo ordenadas y mise-en-place. Además, a través de este esquema, los gerentes tienen la responsabilidad de identificar y emplear las mejores prácticas, que están diseñadas para mantener altos estándares.

"Una planta puede tener toda la tecnología del mundo, pero no llegará muy lejos si el piso está desordenado y los trabajadores no saben qué se supone que deben hacer a continuación", dice Grainger.

Tradicionalmente, el moldeo por soplado y el llenado eran dos pasos de fabricación separados, que usaban aire comprimido para formar recipientes de plástico. La tecnología LiquiForm recientemente desarrollada combina estos procesos en uno usando líquido presurizado para formar un recipiente de plástico rígido.

"LiquiForm representa una oportunidad importante para la industria de productos de consumo al crear un cambio radical en eficiencia y flexibilidad", dice Ann O'Hara, presidenta de LiquiForm Group, una empresa conjunta entre Amcor y Sidel.

La preforma se coloca en el molde, y el líquido real que se va a embotellar se introduce a presión a alta presión en la preforma, moldeándola en forma de botella, lo que da como resultado una botella llena. Los beneficios incluyen reducción de energía debido a la eliminación de aire comprimido en el proceso; rentabilidad, ya que no se necesita equipo redundante para las operaciones tradicionales de soplado y llenado; y ahorro de espacio debido a los procesos combinados.

La tecnología LiquiForm se ha validado con una gama de sustratos, productos y condiciones de envasado utilizando la misma máquina LiquiForm para envases de llenado en frío, a temperatura ambiente y en caliente. Recientemente, el Grupo LiquiForm y Krones han firmado un acuerdo de licencia de tecnología para seguir desarrollando y comercializando esta tecnología.

"Con la tecnología LiquiForm, Krones tiene la oportunidad de aprovechar la tecnología de embotellado existente, la propiedad intelectual y el conocimiento para desarrollar soluciones industriales únicas para mejorar aún más el costo total de propiedad para nuestros clientes", dice el Dr. Christian Compera, director de tecnología de embotellado en Krones.

LiquiForm,[email protected], www.liquiformgroup.com

Jan Sundberg, JBT Corporation, 559-661-3200,[email protected], www.jbtcorporation.com

alan bonano, Serac, 630-510-9343, [email protected], www.serac-usa.com

Esteban Kraus, Krones AG, 49 15114637296,[email protected], www.krones.com

jonathan viens, Tecnología de embalaje de Bosch, 727-855-7337, [email protected], www.boschpackaging.com

Pablo Grainger, Tetra Pak, 940-565-8800, [email protected], www.tetrapakusa.com

Debra Schug fue editora en jefe de Food Engineering. Comenzó su carrera en los medios hace más de una década escribiendo y produciendo noticias para televisión y radio a nivel local y nacional. Pasó muchos años como editora gerente de dos revistas especializadas en la industria petrolera y editora de investigación de un informe anual sobre el petróleo. Tiene una maestría en periodismo y comunicación masiva de la Universidad Estatal de Iowa.