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procesos de autoclavado
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Procesos de Esterilizacin de Alimentos en Autoclaves
Ing. Edgar Benites PonceSOUTH SCIENCE S.A.C.
Introduccin Las conservas o enlatados tal
como los conocemos hoy se fabrican desde hace 200 aos gracias al aporte de Nicols Apert quien presenta este mtodo de conservacin, por primera vez, como solucin a un problema logstico del ejercito Francs de la poca de Napolen.
Introduccin
Este mtodo de conservacin de alimentos se basa en la aplicacin del calor o tratar trmicamente los alimentos en envases hermticamente cerrados con el objetivo de que estos alcancen la Esterilidad Comercial.
INTRODUCCION-AUTOCLAVE
La autoclave es un recipiente que soporta alta temperatura y presin que se utiliza para transmitir calor a alimentos en envases hermticamente sellados.
Los medios mas utilizados para transmitir el calor son el vapor y el agua por ser fciles de almacenar, transportar y controlar.
Introduccin
Hoy se conocen los productos y los envases que demandan los clientes pero en un mercado rpido y cambiante donde la apariencia y el costo son todo, es mejor estar preparado para poder producir todo tipo de productos y envases que demandaran los clientes
Debido a que la autoclave es generalmente el equipo mas costoso en una planta envasadora y tambin la que mas dura, es importante conocer lo que las nuevas tecnologas de autoclaves ofrecen en el mercado, los procesos que desarrollan y cuales son mas convenientes para sus envases y productos.
Procesos en autoclaves
ATMOSFATMOSFRICOSRICOS
((AA))
A PRESIA PRESINN
((PP) )
CONTINUOS
(CC)
BATCH
(BB)
CON AGITACICON AGITACIN N DEL ENVASEDEL ENVASE
((CA CA ))
SIN AGITACISIN AGITACINNDEL ENVASEDEL ENVASE
((SA SA ))
Giro alrededordel eje mayor
(EOEEOE) Giro con el eje mayor fijo
(AXAX)
VAPOR SATURADO(VV)
MEZCLA VAPOR/AIRE(V/AV/A)
MEZCLA AGUA/AIRE(A/AA/A)
AGUA SOBRECALENTADA(A/SA/S) A A
SOBRESOBRE
PRESIPRESINN
((SPSP) )
CON AGITACICON AGITACINNDE LA CARGADE LA CARGA
((SAC SAC ))
HIDROSTATICOS(HH)
drenaje
vlvulamanual
vlvula de compuertallave de purgados respiraderos
purgadores
manmetro termoregistro
termmetro
drenaje
vlvula proporcional
LEYENDA
AUTOCLAVE HORIZONTAL
Aire
Agua
Aire
VaporPurga de agua y
condensados
Termoregistro
Agua
Nuevas tecnologas de Autoclaves
Por batch estticas con sobre presin Spray : Vapor/Aire Cascada de agua Inmersin en agua Vapor / Aire
Continuas con sobre presin Esterilizadores horizontales continuos
Vapor saturado con rotacin axial Hidrostticos con sobre presin
Mayor Flexibilidad : Autoclaves por batch
Vapor Vapor saturado : Envases metlicos
Vapor/Spray de agua : Envases flexibles
Autoclaves con sobre presin Lo comn en las nuevas
propuestas tecnolgicas es la necesidad de mover mecnicamente el medio de calentamiento o enfriamiento
Con una bomba: Inmersin en Agua Spray Vapor/Agua Cascada
Con un ventilador de alta velocidad Vapor/Aire
Condicin optima de transferencia de calor en el envase
El mayor atributo que se busca en una autoclave es su habilidad para proveer un tratamiento trmico uniforme a todos los envases.
Esto se alcanza mejor cuando se dirige el medio de calentamiento de manera paralela a la superficie principal de transferencia de calor de cada envase: Para la mayora de envases
cilndricos : pared lateral Para pouches, envases de bajo
perfil y bandejas : tapas y fondos
Proceso:Agua sobrecalentadaInmersin
Uso por dcadas Modelos horizontales y
verticales Verticales:
Aire desde el fondo para ayudar a la circulacin y crear sobre presin
Horizontales: Bomba de recirculacin del
fondo a cabecera Aire sobre el nivel de agua o
vapor en tanque auxiliar.
Proceso: agua sobrecalentada -inmersin en aguaModelo Vertical
Modelo Vertical Carga con canastillas Llenado con agua pre-calentada Agua cubre envases Mezcla vapor/aire se inyecta desde el fondo
Envases: Ideal para envases cilndricos estibados en
torre vertical, flujo paralelo a superficie principal de transferencia de calor
No recomendado para pouches, bandejas, envases metlicos planos. Estos ofrecen una mayor resistencia al flujo, crean zonas calientes y fras en el autoclave
Modelo Horizontal: Carga con coches Llenado con agua precalentada desde
otro tanque Llenado por encima de los envases Bomba de recirculacin Vapor directo, en cmara separada o
intercambiador de calor El tanque de precalentamiento lleva el
agua a altas temperaturas para reducir el tiempo de levante o CUT.
La sobre presin se alcanza de modo ms complejo que en las verticales: existen modelos que controlan la sobre presin desde el tanque auxiliar y otros directamente en el tanque principal con aire comprimido
Proceso: agua sobrecalentada -inmersin en aguaModelo Horizontal
Proceso: Agua sobrecalentada-inmersin en agua- Modelo Horizontal
El diseo del reingreso del agua en estas autoclaves determinar la geometra del envase adecuado a ser procesado : Ingreso por la parte superior de 1 a 3
filas de ingresos : envases cilndricos, Ingresos mltiples por la parte
superior y costados : cualquier geometra.
La Rotacin facilita la distribucin de calor, debido a que el movimiento de los envases promueve la mezcla del agua.
La Rotacin reduce algunas de las limitaciones en para el uso de otras geometras de envases
Autoclaves rotatorias
La mayora de las autoclaves rotatorias son de tipo horizontales por inmersin
El agua provee un colchn a la carga, creando menor estrs al mecanismo de rotacin
Proveen una mejor transferencia de calor debido a que el sistema no es totalmente dependiente de la bomba de recirculacin para alcanzar una condicin isotrmica en el tanque de proceso
Proceso Agua sobrecalentada: Cascada de Agua
Conocida como de cascada, chorro, ducha o lluvia
El principio de operacin es simple: El agua de procesamiento se extrae del
fondo de la autoclave, se recircula a travs de un sistema de intercambiador de calor externo, donde el agua se calienta de modo indirecto y se redistribuye a la parte superior de la autoclave.
El agua de proceso recircula a travs de un plato de distribucin perforado colocado a lo largo de la parte superior de la autoclave y cae como una cascada sobre los coches con producto
El plato de distribucin es del mismo ancho de los coches y del largo de la suma de los coches de una carga completa.
El nmero y dimensiones de los orificios en el plato de distribucin es crtico para asegurar que el agua fluye de modo uniforme a toda la carga.
En la mayora de sistemas las 4 paredes de los coches son slidas lo cual ayuda a canalizar el agua a travs del coche. El fondo de los coches debe ser tal que no ofrezca resistencia al paso del agua.
El nivel de agua se mantiene por debajo de los coches.
Proceso Agua sobrecalentada: Cascada de Agua
Estas autoclaves son ideales para envases cilndricos (hojalata y vidrio) estibados de manera vertical
Los envases con superficies perpendiculares al flujo de la cascada (e.g., pouches, bandejas y envases de metal planos) generaran resistencia al flujo y desarrollaran zonas calientes y fras en la carga.
Debido a la dinmica del flujo, los envases en la parte superior se calientan ms rpido que los de la parte inferior especialmente durante el levante y el inicio del mantenimiento
Durante el enfriamiento los envases en la parte superior se enfran mas lento que los del fondo, de modo que hay cierto equilibrio del calor recibido por los envases.
Proceso Agua sobrecalentada: Cascada de Agua
Proceso en Vapor/Aire El principio operacional es simple El vapor es inyectado desde la parte inferior y
se mezcla con el aire dentro del tanque principal, creando un medio de vapor/aire.
El control de la sobre presin se mantiene venteando el exceso o ingresando aire comprimido al tanque.
La particularidad que distingue a estas autoclaves es el uso de uno o varios ventiladores de alta velocidad para recircular la mezcla de vapor/aire.
Es una funcin muy importante el mantener una mezcla homognea de vapor y aire, de otro modo la formacin de bolsas de aire pueden actuar como aislantes de la carga, lo cul puede dar origen a un producto subprocesado.
Adems debe tomarse en cuenta la formacin de condensado en el fondo de la autoclave debido a la transferencia de calor.
Proceso en Vapor/Aire La mayora de modelos consta de un slo
ventilador de alta velocidad montado al fondo de la autoclave.
La mezcla vapor/aire es dirigida hacia el ventilador y luego forzada de regreso hacia el otro extremo de la autoclave pasando por bafles slidos situados a los costados de las canastillas
Cuando la mezcla alcanza el extremo opuesto al ventilador la forma curva de la puerta fuerza la mezcla a travs de los coches hacia el ventilador
En estas autoclaves el flujo del medio de calentamiento de vapor/aire es horizontal o paralelo a la parte superior e inferior de la carcasa de la autoclave.
Proceso en Vapor/Aire En la mayora de los modelos de vapor/aire
de flujo horizontal los 4 lados verticales de los coches son abiertos para permitir un flujo irrestricto del medio de calentamiento.
Debido al flujo horizontal del medio, estas autoclaves son ideales para envases planos. Los pouches y las bandejas as como las latas de bajo perfil son los envases objetivo.
Otros modelos presentan ventiladores mltiples encima de cada uno de los coches y la direccin del flujo es vertical. Estas autoclaves al igual que las de cascada son ideales para envases cilndricos (lata y vidrio) estibados verticalmente.
Con cualquiera de las autoclaves de vapor/aire de flujo horizontal o vertical, el lado del coche mas prximo al punto de emisin de vapor calentar mas rpido porque estos envases estarn expuestos primero al calor. Queda menos calor para los envases opuestos al ingreso de la mezcla
La temperatura se equilibra al inicio del mantenimiento.
Proceso: Spray de Vapor/Agua Esta es una de las autoclaves mas verstiles. El principio de operacin es simple:
El agua de proceso se llena en la parte inferior de la autoclave a un nivel debajo de los coches. Si existe un difusor de vapor dentro de la autoclave, ste calienta el agua de proceso a la
temperatura inicial del producto, antes de cerrar e iniciar el proceso. Si no, empieza a temperatura ambiente.
El agua de proceso se toma del fondo de la autoclave y se recircula atravesando un intercambiador de calor externo donde el agua se calienta indirectamente y luego se redistribuye por un sistema de inyectores o toberas tipo aerosol posicionados alrededor de los coches, o puede evitar el intercambiador y distribuir el agua a los coches y ser calentado con inyeccin directa de vapor. Este ltimo sistema utiliza difusores de vapor nicos o duales a lo largo de la autoclave, ubicados debajo de los coches y el agua. Estos difusores son independientes de los utilizados para pre-calentar el agua de proceso y es importante mantener el nivel de agua por debajo de estos difusores.
Proceso: Spray de Vapor/Agua Cuando el calentamiento es por inyeccin
directa de vapor, la turbulencia creada por el agua saliendo de los inyectores tipo spray se mezcla con el vapor y aire circundante para crear un medio de calentamiento homogneo.
Como en el caso de autoclaves de vapor/aire se utiliza el aire contenido en el tanque de proceso para crear el medio con sobre presin. La sobre presin se controla purgando el exceso o adicionando aire comprimido al tanque.
La clave de las autoclaves de spray de vapor/agua es su habilidad de tomar el agua de proceso e inyectarlo de manera turbulenta a lo largo de la autoclave. El agua reingresa al proceso a travs de toberas especialmente diseadas que atomizan el agua a pequeas gotas o niebla. El patrn del spray que parte de las toberas es usualmente cnico y esto crea patrones sobrepuestos a lo largo de la autoclave. En algunas autoclaves de vapor/agua, virtualmente no existen zonas muertas.
Proceso: Spray de Vapor/Agua Es debido a este enfoque multi-direccional
del medio de calentamiento que estas autoclaves ofrecen el mayor grado de versatilidad para casi cualquier tipo de diseo o geometra de envase.
El spray de agua se dirige a la parte superior de los envases as como a la parte lateral de los coches y el vapor se inyecta desde la parte inferior de los coches. Adicionalmente el condensado creado debido a la transferencia de calor es expulsada del fondo de la carcasa de la autoclave.
El enfriamiento se realiza de modo tpico a travs de un plato intercambiador de calor externo y nuevamente el ingreso del medio de calentamiento es de los tres lados del coche, minimizando las zonas calientes que ocurren con medios de enfriamiento de una sola direccin.
Autoclaves de movimiento reciprocante (Shaka)
Es un tipo de autoclave por agitacin. Es una tecnologa relativamente nueva Los envases cilndricos son colocados en canastillas, los pouches o bandejas son colocados
en racks apilados de manera que forman un coche. Se aplica un movimiento reciprocante hacia delante y atrs a la carga. Tal como en el caso de la agitacin base-a-tapa (EOE) el movimiento controlado puede
inducir conveccin en el producto pero en una proporcin menor comparado con la agitacin base-a-tapa.
La velocidad del movimiento reciprocante es programable a velocidades de 0-60 movimientos por minuto
Un movimiento es definido como un movimiento completo de ingreso y retorno de la carga completa.
Autoclaves de movimiento reciprocante (Shaka)
Sin embargo a diferencia del procesamiento EOE, el movimiento controlado tiene lugar en vapor saturado, Spray Vapor/Agua o en cascada. Estas modalidades maximizan la penetracin del medio de calentamiento a lo largo de la autoclave.
Recurdese que el vapor saturado es lo mejor para envases de metal con doble cierre mientras que el spray vapor/agua y cascada de agua pueden ser utilizados para todo tipo de envases.
Los envases que son ms adecuados para el procesamiento en autoclaves de movimiento reciprocante son los pouches y bandejas de bajo perfil debido a que este proceso afecta menos a estos envases frgiles comparado con los de procesamiento EOE y la geometra de bajo perfil requiere de menor agitacin para forzar el calentamiento convectivo en los envases.
Gracias .
Edgar BenitesSOUTH SCIENCE [email protected]