Tendencias en las máquinas de llenado de líquidos: los equipos actuales son más versátiles

Mar 02, 2024

La máquina llenadora de carrusel Ampack de Bosch para lácteos en botellas y vasos preformados aborda la creciente demanda del mercado de una limpieza simplificada, un riesgo minimizado de contaminación cruzada y una reducción del desperdicio de productos. Fuente: Bosco.

Con el regulador de caudal proporcional, Krones hizo posible un ajuste continuo de la velocidad 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 viscosos y con partículas grandes. 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 del supermercado será un ejemplo de la abrumadora cantidad 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 el de la cerveza artesanal. Incluso después del comienzo de su meteórico ascenso hace unos años, la cantidad de cervezas especiales con ingredientes únicos y diferentes estilos continúa proliferando, seguida de cerca por otros productores de alcohol artesanal, como sidra y licores. Para mantenerse al día, muchas instalaciones están diseñando e instalando líneas adicionales de llenado de líquidos.

"A medida que las líneas de productos continúan evolucionando para satisfacer las crecientes demandas de los consumidores, los fabricantes buscan equipos flexibles que permitan modificaciones de productos, sin tener que gastar mucho dinero", dice Paul Grainger, técnico directo de cuentas clave para Norteamérica de Tetra Pak. "Los equipos actuales simplemente deben diseñarse para adaptarse a una amplia gama de productos para que sean viables".

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, minimizar el desperdicio de productos, reducir los tiempos de cambio y simplificar la higiene. Los proveedores de equipos de llenado de líquidos están trabajando para satisfacer todas estas necesidades y más.

A la hora de elegir una máquina llenadora específica, un buen punto de partida 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 llenador 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", afirma Jonathan Viens, director de ventas y marketing de Norteamérica. "Estamos hablando de características del producto, como la temperatura de llenado, las partículas, la tendencia del producto a salpicar o formar espuma, etc."

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

Para los productos que requieren especial atención 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, pero debido al alto contenido de pulpa del jugo, se necesitaba una nueva línea.

Para la instalación de una línea de llenado en caliente, la empresa se encargó del fabricante de equipos de llenado y envasado KHS. 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, de tamaños entre 0,3 y 1,5 litros. Para evitar dañar los trozos de fruta durante el llenado, la línea estaba equipada con dos llenadoras volumétricas de precisión donde los trozos 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 los 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 recipiente/tolva de llenado y también cuando el producto fluye a través de la válvula. Los puertos más grandes y los caminos cortos y rectos 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 aderezos aceitosos sólo se pueden dosificar con una estación de dosificación específica, por ejemplo, una válvula positiva", afirma 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".

Al embotellar un producto como la cerveza, que tiende a formar espuma, el llenado cuidadoso es primordial. Las cervecerías quieren limitar al máximo la cantidad de oxígeno absorbido por la cerveza durante el proceso de llenado, pero también quieren maximizar el rendimiento. Para solucionar estos problemas, Krones equipó su llenadora Modulfill con una sonda de nivel con turbulencia incluida.

"El remolino guía suavemente el líquido hacia la pared de la botella y hacia el interior de la botella", afirma Stefan Kraus, director de producto de 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 baja turbulencia y menor comportamiento de formación de espuma”.

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

"En el mundo de la alimentación, el día del 'un llenador para todos' aún no ha llegado debido a la amplia gama de características del producto", dice Viens de Bosch, que adquirió el 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 que las llenadoras manejaran 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 tina. “Con esta solución, los pistones que se utilizan para bombear el producto se ubican dentro de la tolva. Una distribución uniforme del producto sobre cada pistón y tolerancias estrictas 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 los nuevos equipos de llenado sean más versátiles y puedan manejar una gama completa de productos diferentes", afirma Sundberg. Como resultado, la llenadora JBT Unifiller puede procesar desde productos con una consistencia fina y acuosa hasta productos espesos y con trozos con 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 teniendo en cuenta la flexibilidad, afirma Kraus. Como ejemplo, cita algunos de los equipos de llenado de la empresa que se pueden ajustar automáticamente mediante la sonda de llenado, lo que también permite mejorar la automatización.

Para la mayoría de sus máquinas llenadoras, Serac utiliza tecnología de llenado de peso neto, que controla la cantidad de producto dispensado en el contenedor para brindar 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, ésta puede manejar una variedad de productos con diferentes características.

La flexibilidad del producto no es la única demanda de llenado, sino que las formas, tamaños y materiales utilizados en los diferentes contenedores que se llenan también son muy variables. Es importante que los proveedores de embalaje comprendan el tipo de contenedor, afirma Viens, ya que "impulsará la configuración en numerosas estaciones de máquinas y el número de carriles necesarios".

“Los contenedores más grandes requerirán válvulas más grandes, ciclos de llenado más largos y un mayor paso entre los centros de las válvulas; Todo esto genera marcos de relleno más grandes”, afirma Sundberg. Sin embargo, no sólo influye el tamaño del contenedor, sino también el material. “A veces el vidrio es más difícil simplemente porque es mucho más pesado que las latas. La contrapresión en la sección de alimentación es mayor y es posible que se necesiten refuerzos. Un tope de contenedor tradicional tipo cuña no funcionará con vidrio”. Sin embargo, JBT utiliza un tope de contenedor de estilo giratorio que, según afirma, no rompe el vidrio.

Muchas empresas están optando por envases más ligeros y utilizando materiales como el PET. Serac se ha adaptado a esto desarrollando la pinza de cuello universal, que mueve el contenedor 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, ahorrando así costos de herramientas que normalmente se requieren para máquinas sin pinzas de cuello", dice Bonanno.

Las máquinas llenadoras de Krones permiten llenar con una sola máquina una amplia variedad de tipos de contenedores similares con distintos volúmenes. Cuando Ocean Spray inauguró 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 por ciento. A veces se pueden fabricar 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 controlar la entrega. Las botellas insuficientemente llenas, en el mejor de los casos, pueden dar lugar a quejas de los consumidores y, en el peor, pueden llevar a una empresa a los tribunales. Sin embargo, el llenado excesivo puede resultar costoso y derrochador. Esto significa que un relleno debe ser preciso y mantener esa precisión de manera constante 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 los criterios más importantes para los procesadores, que son el tiempo de actividad y la maximización del rendimiento operativo con un mantenimiento mínimo.

Debido a que la precisión del llenado depende de muchos 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 el uso de 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 llenadores de varios carriles, enfatiza la importancia de eliminar las variaciones entre carriles 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 sobre cada pistón".

Bonanno de Serac dice que la clave para aumentar la precisión durante la operación de llenado es el control del caudal. El llenador Servo Dynavalve monitorea 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 la estación de llenado de su nueva 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 sólo 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 problema para los procesadores que intentan ahorrar en costos de servicios públicos y disminuir su huella ambiental. Viens dice que Bosch trabaja para mejorar esto instalando 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 realizar ajustes rápidos y sencillos en la configuración, mejorar la eficacia general del equipo [OEE] y ofrecer velocidades de hasta 40 ciclos por minuto", afirma. "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 a los procesadores ajustar electrónicamente la velocidad del flujo del líquido en la válvula de llenado sin necesidad de aire neumático.

Dado que muchos procesadores aumentan la variedad de productos a llenar, minimizar el tiempo de limpieza y cambio sigue siendo un objetivo importante. Los llenadores con capacidades de limpieza automática in situ (CIP) se han identificado desde hace mucho tiempo como una forma de acelerar el proceso de limpieza. Sin embargo, Sundberg dice que esto sólo es posible si el recipiente de llenado y las válvulas tienen un diseño de autodrenaje, que las llenadoras de pistón tradicionales no tenían, pero el JBT Unifiller sí.

"Muchas personas no entienden esto", dice. "Un lavado automático rápido del producto y un enjuague con agua caliente solo es posible si se pueden drenar completamente las líneas de producto, el recipiente y las válvulas sin necesidad de desensamblarlos".

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

Aumentar las características generales de diseño sanitario de los rellenos sigue siendo otra área de mejora. Cada vez más equipos incorporan superficies inclinadas para aumentar el drenaje y evitar el uso de cuerpos huecos, lo que puede facilitar la acumulación de producto.

"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 protecciones claras e iluminación LED pueden iluminar las áreas sucias. "Si es visible, lo limpiarán".

La nueva taponadora de llenado FC de Serac fue diseñada para reducir la contaminación mediante 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 diseñado adecuadamente, 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 del relleno vendrá dictado por las necesidades específicas del producto de relleno.

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

"Para alimentos con una vida útil de hasta 14 días, como aceites comestibles o jugos de frutas envasados ​​en caliente, la mayoría de los fabricantes utilizan tecnología limpia, que no requiere descontaminación adicional del contenedor", dice Viens. “Mientras que, en el caso de productos que requieren hasta seis semanas de almacenamiento, los materiales de embalaje 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 una vida útil de hasta un año fuera de la cadena de enfriamiento, es una solución elegida por los productores de alimentos infantiles y clínicos”.

Aunque las máquinas llenadoras tienden 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", afirma Sundberg. JBT ha incorporado imágenes en el HMI de algunas máquinas para que los operadores puedan detectar un problema con sólo un vistazo, además sin necesidad de superar ninguna barrera 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 funciones diseñadas para facilitar el trabajo de los operadores, como incluir secciones de preguntas frecuentes y utilizar representaciones más gráficas. Viens dice que esto ayuda a los operadores a monitorear el desempeño más de cerca y prevenir posibles tiempos de inactividad.

"Otra forma de aumentar la usabilidad 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 movimientos innecesarios y reduce la incidencia de caídas u otras lesiones".

Sin embargo, puede que no sea sólo una mejor interacción entre la máquina y el operador lo que impulse la eficiencia de los trabajadores. 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 pueden traducirse como: clasificar, poner en orden, brillar, estandarizar y sostener. Estos conceptos instruyen a los empleados a mantener un ambiente ordenado a través del orden y estrategias de trabajo en el lugar. Además, a través de este esquema, se asigna a los gerentes 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, en los que se utilizaba aire comprimido para formar recipientes de plástico. La tecnología LiquiForm desarrollada recientemente combina estos procesos en uno mediante el uso de líquido presurizado para formar un recipiente de plástico rígido.

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

La preforma se coloca en el molde y el líquido que se va a embotellar se introduce a alta presión en la preforma, moldeándola en forma de botella, dando 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 necesitan equipos redundantes para las operaciones tradicionales de soplado y llenado; y ahorro de espacio gracias a los procesos combinados.

La tecnología LiquiForm ha sido validada con una variedad de sustratos, productos y condiciones de embalaje utilizando la misma máquina LiquiForm para contenedores de llenado en frío, a temperatura ambiente y en caliente. Recientemente, el grupo LiquiForm y Krones firmaron 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, la propiedad intelectual y los conocimientos existentes para desarrollar soluciones industriales únicas que mejoren aún más el coste total de propiedad para nuestros clientes", afirma 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 Bonanno, Serac, 630-510-9343, [email protected], www.serac-usa.com

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

jonathan vides, 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 Ingeniería de alimentos. 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 en jefe de dos revistas comerciales de la industria petrolera y editora de investigación de un informe anual sobre el petróleo. Tiene una maestría en periodismo y comunicación de masas de la Universidad Estatal de Iowa.