Los costes ocultos de los intercambiadores de calor de placas en la industria alimentaria

Publicado: 18 de noviembre de 2020 | Ben Green - Alfa Laval | Sin comentarios aún

Ben Green, director de la división de alimentos y agua de Alfa Laval para el Reino Unido e Irlanda, profundiza en por qué muchos intercambiadores de calor de placas (PHE) "no son aptos para funcionar".

Ben Green analiza los problemas relacionados con los intercambiadores de calor de placas y por qué podrían estar hundiendo las ganancias de los fabricantes de alimentos

Como una de las industrias de más rápido movimiento en el mundo, el tiempo de inactividad y el deterioro de los productos simplemente no son una opción para las empresas de alimentos y bebidas que buscan operar de manera eficiente, responsable y competitiva. Sin embargo, avanzar a ese ritmo no está exento de desafíos, lo que significa que a menudo se pueden pasar por alto algunos de los fundamentos.

Se estima que hay miles de intercambiadores de calor de placas (de todas las marcas y tamaños) en funcionamiento que no están completamente optimizados y podrían estar agotando las empresas innecesariamente. Además, los intercambiadores de calor de placas a menudo todavía se pasan por alto a pesar de ser un equipo diseñado con precisión que requiere una estrategia de mantenimiento considerada y proactiva.

Hay cuatro tipos principales de intercambiadores de calor de placas: con juntas, soldados, soldados y semisoldados. Los intercambiadores de calor de placas con juntas (GPHE) son el tipo más común de intercambiador de calor compacto para el procesamiento de alimentos y bebidas. En un GPHE, las placas metálicas están equipadas con juntas elastoméricas que sellan y dirigen cada fluido a canales alternos. Los canales calientes se colocan contra los canales fríos con cada fluido que fluye en sentido contrario o en paralelo para facilitar la transferencia térmica. Los GPHE son apreciados por su alta tasa de eficiencia proporcionada por una gran superficie.

Irónicamente, la principal causa de los problemas son las soluciones. A medida que las industrias progresan e introducen tecnología cada vez más sofisticada, esto puede generar consecuencias no deseadas. Así ocurre con la suciedad y la limpieza del intercambiador de calor de placas. En los últimos años, la industria de los intercambiadores de calor identificó una nueva serie de desafíos a los que se enfrentaba.

Por ejemplo, la diversificación en alimentos y bebidas ha llevado a un aumento de productos naturales que plantean una variedad de desafíos con respecto a la transferencia de calor. Algunos productos naturales tienen una menor tolerancia al calor que, por ejemplo, los azúcares y otros ingredientes más probados.

El ritmo del cambio y la tasa de crecimiento demográfico significan que la industria de alimentos y bebidas tiene que ampliar sus plantas para procesar mayores capacidades. Al mismo tiempo, tiene que producir más con el menor tiempo de inactividad posible, lo que inevitablemente exacerba el riesgo de fallas y consecuencias no deseadas.

La contaminación de un GPHE es muy común en el procesamiento de alimentos. Es causada por el asentamiento de partículas, materia biológica, descomposición y cristalización. El tipo de contaminación que se produzca dependerá del fluido del proceso, el diseño del GPHE y la frecuencia con la que se realiza la limpieza.

La causa principal de la contaminación se debe al patrón de flujo de una sustancia; sin embargo, si el GPHE no se especifica correctamente en primer lugar o no se mantiene con regularidad, la sustancia puede fluir más lentamente o, a veces, no fluir en absoluto. Esto puede causar problemas importantes.

A lo largo de los años, se han realizado varios estudios destinados a contribuir a los avances tecnológicos en las áreas de mitigación de incrustaciones y tecnologías de limpieza para intercambiadores de calor de placas utilizados en el procesamiento de alimentos. Por ejemplo, un estudio analizó cuán común es la contaminación en la industria láctea y específicamente en el proceso de pasteurización. Profundizó más en los químicos articulares que desempeñan un papel en la acumulación de depósitos de proteína de suero.1 Desafortunadamente, todavía hay poca claridad en torno a la relación entre la acumulación de depósitos de proteína y las reacciones químicas que tienen lugar en la solución de incrustación.

La corrosión es un gran problema para los intercambiadores de calor de placas, por lo que la elección del material es crucial

Otro estudio analizó los efectos de los parámetros operativos industriales más relevantes para eliminar una capa de yema de huevo horneada utilizando un método de detección óptica y un canal de flujo con una expansión repentina.2 Las investigaciones demostraron que la temperatura es el parámetro más relevante, pero, en particular, El hidróxido de sodio en una concentración del 1,5 por ciento en peso muestra un efecto adverso. La combinación de parámetros del proceso afectó el tipo de eliminación.

Un artículo diferente ha intentado conectar el mecanismo de contaminación de los lácteos con la reacción química de desnaturalización que ocurre en la masa para ayudar a proponer controles innovadores para limitar la formación de depósitos de contaminación.3

Lo que queda claro en cada uno de estos estudios es que una vez que se produce la contaminación, puede ser extremadamente difícil eliminarla por completo y, por supuesto, esto aumenta el tiempo de inactividad. El mejor enfoque es, en primer lugar, mitigar el potencial de contaminación.

Los riesgos de falla del GPHE no terminan con la contaminación. La corrosión y las fallas de las juntas también son riesgos importantes para las operaciones. La corrosión es un resultado inevitable del uso del metal a lo largo del tiempo, a pesar de su robustez. Los GPHE requieren un sellado exhaustivo a lo largo de los bordes de cada placa y, como resultado, puede aparecer corrosión en las grietas debajo de las juntas. La corrosión localizada puede verse agravada por las sustancias químicas liberadas por los polímeros utilizados para fabricar las juntas.

Además de los procesos anteriores, las juntas de polímero también pueden deteriorarse con el tiempo. Ya sea que esto se deba a que la luz ultravioleta afecta el rendimiento, que los fluidos incompatibles se calienten a temperaturas máximas durante períodos prolongados o a una presión excesiva, ningún material es completamente invencible, por lo que la elección del material es crucial.

Los depósitos no deseados explorados anteriormente crean una capa aislante que reduce la eficiencia de la transferencia de calor entre dos fluidos y la corrosión puede provocar fugas y la liberación involuntaria de metales pesados ​​al medio ambiente. En opinión de Alfa Laval, mantener limpio un intercambiador de calor de placas (PHE) tiene una gran cantidad de beneficios para las empresas y debe verse como una fruta fácil de alcanzar para alcanzar los objetivos de sostenibilidad global. En particular, un informe académico de 2015 afirmó que numerosos estudios han demostrado que la contaminación de los intercambiadores de calor puede ser responsable del uno al 2,5 por ciento de las emisiones globales de CO2.4

El mantenimiento reactivo, a veces conocido como "ejecución hasta el fallo", es una estrategia común para reducir los costes. Si bien es útil en algunos casos, sus limitaciones en última instancia la convierten en una economía falsa para las empresas que buscan obtener una ventaja competitiva a largo plazo. Puede resultar difícil gestionar los presupuestos de mantenimiento de forma eficaz y puede significar pagar una prima por las reparaciones.

También puede resultar difícil saber qué está causando los problemas y, esencialmente, provocar más problemas, además de suponer un peligro para la salud y la seguridad del personal. El tiempo de inactividad no planificado es, por supuesto, un desafío no deseado en cualquier industria, algo que un ingeniero de procesos no querrá soportar la peor parte, especialmente si afecta los resultados debido a la pérdida de producción.

Sólo es posible obtener mayores rendimientos y un consumo energético eficiente con una estrategia de mantenimiento bien pensada y respaldada por conocimientos técnicos. Pero quizás una de las consideraciones más llamativas es que las empresas de alimentos y bebidas podrían convertirse en víctimas de que las compañías de seguros tengan pocas probabilidades de pagar por problemas de contaminación de lotes causados ​​por fugas, si la prueba del servicio no es evidente.

El servicio experto puede considerarse una "ganancia marginal". La capacidad de garantizar un servicio ininterrumpido es vital en una época en la que los márgenes continúan retrocediendo y los mercados caen en problemas con la mercantilización. Sin embargo, a diferencia de otras mejoras incrementales, el impacto de un GPHE limpio se puede sentir durante todo el proceso de producción. La complacencia sólo conducirá a más problemas.

Referencias

Sobre el Autor

Ben Green es el director de la división de alimentos y agua de Alfa Laval en el Reino Unido e Irlanda y ha trabajado en la industria de alimentos y bebidas durante más de 20 años. Ben tiene un profundo conocimiento de los procesos y desafíos de los clientes y ha pasado muchos años brindándoles recomendaciones comerciales críticas para el servicio y reparación de los productos Fluid Handling, GPHE y Decanter de Alfa Laval.

Contaminantes, Equipos, Seguridad Alimentaria, Procesamiento, Cadena de Suministro, Tecnología e Innovación

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