Importancia del caudal adecuado en los procesos de limpieza cip (in situ)

La limpieza CIP (Clean In Place) es un método ampliamente utilizado en industrias como la alimentaria, farmacéutica y de bebidas para limpiar equipos y tuberías sin necesidad de desmontarlos. Este proceso es esencial para mantener altos estándares de higiene, garantizar la calidad del producto y cumplir con las regulaciones sanitarias. Adicionalmente la eficiencia del proceso también es un aspecto clave desde un punto de vista económico debido a un menor tiempo de limpieza, menor consumo de químicos, de energía y reducción de efluentes.

Dentro de los 4 factores básicos de un proceso de limpieza definidos por Sinner en 1960 (acción química, temperatura, tiempo y acción mecánica), un aspecto crítico del CIP es este último. En procesos cerrados, el único método para aplicar la acción mecánica es el caudal del fluido o disolución de limpieza, por lo que este juega un papel vital en la eficiencia y efectividad del proceso. A pesar de ser un campo muy amplio, con muchas variables, en este artículo, exploraremos por qué es crucial aplicar un caudal adecuado durante el CIP y cómo impacta en los resultados de limpieza.

¿Qué es la limpieza cip?

La limpieza CIP es un método automatizado que implica la circulación de soluciones de limpieza a través de los sistemas de producción para eliminar residuos y contaminantes.

El proceso CIP estándar generalmente incluye varias etapas:

1. Pre-enjuague: Se utiliza agua para eliminar residuos grandes y solubles. En unidades CIP, en esta fase, generalmente se reutiliza agua de los enjuagues de las fases detergentes, desde el tanque de agua recuperada.
2. Limpieza con detergente: Se aplica una solución de detergente para disolver y remover residuos grasos y proteicos. Generalmente se trata de disoluciones alcalinas aditivadas con tensioactivos que reducen la tensión superficial, mejoran la capacidad emulsionante de las grasas, ejercen un control de la espuma, con secuestrantes y complejantes que mejoran la dispersión de los residuos y reducen la precipitación mineral. Esta disolución se debe utilizar como mínimo a la misma temperatura que se ha procesado el producto en la instalación y se recomienda siempre a un mínimo de 70ºC, a excepción de si se usa un producto alcalino clorado, que esta no debe superar los 60ºC.
3. Enjuague intermedio: Se usa agua para eliminar el detergente residual del sistema, que como comentamos se recupera para pre-enjuages de limpiezas posteriores. Es importante que se eliminen todos los restos de disolución alcalina para que no interfiera en la desinfección posterior.
4. Desinfección: Se aplica un desinfectante para eliminar microorganismos. Se recomienda uso de desinfectantes de carácter ácido en base peracético por su importante capacidad microbicida, efectividad a bajas dosis y facilidad de enjuague.
5. Enjuague final: Se utiliza agua para remover cualquier residuo de desinfectante de la instalación.

Sobre este proceso estándar detallado, se pueden introducir muchas variantes en función del tipo de industria, tipo de fluido procesado, calidad de agua, instalación disponible, etc. Por ejemplo, la inclusión de una fase de limpieza ácida intermedia, o la de realizar la desinfección con agua caliente en lugar de un desinfectante químico. Otra opción también muy habitual sería la de utilizar productos de fase única con capacidad detergente y desinfectante, o la de utilizar productos ácidos para evitar carbonatación de la sosa, en cervecería.

Importancia del caudal en el proceso cip

El caudal se refiere a la cantidad de fluido que se mueve a través del sistema por unidad de tiempo.  El caudal circulando en paralelo a una superficie genera una fuerza de cizalla sobre esta superficie o sobre el residuo adherido a esta. A mayor velocidad del fluido, mayor turbulencia y, por lo tanto, mejor efecto mecánico. Indirectamente, el caudal del fluido transporta el líquido de limpieza, que contiene la energía química (el detergente) y la energía térmica (el calor transferido).

En el contexto del CIP, el caudal adecuado es crucial por varias razones:

1. Eficiencia de Remoción de Suciedad: Un caudal adecuado asegura que las soluciones de limpieza tengan suficiente energía para desprender y arrastrar los contaminantes de las superficies internas de los equipos y tuberías. Un caudal insuficiente puede resultar en una limpieza incompleta, dejando residuos que pueden afectar la calidad del producto final. (ver imagen adjunta del interior de un intercambiador de calor de placas con residuos después de proceso de limpieza, debido a falta de caudal).
2. Cobertura Completa: Un caudal adecuado garantiza que todas las áreas internas del equipo sean alcanzadas por la solución de limpieza. En sistemas complejos con múltiples tuberías y conexiones, un caudal insuficiente puede resultar en zonas de sombra donde la solución de limpieza no llega adecuadamente a todos los puntos o llega con insuficiente turbulencia, necesitando en el mejor de los casos mucho más tiempo para quedar limpia.
3. Efecto de Arrastre: El efecto de arrastre se refiere a la capacidad del fluido de limpieza para transportar y eliminar residuos sólidos y semisólidos no disueltos. Un caudal elevado mejora este efecto, asegurando que los residuos no se re-depositen y sean removidos eficientemente del sistema.
4. Velocidad del Fluido: La velocidad del fluido es directamente proporcional al caudal. Una velocidad baja es propia de un régimen laminar, en cambio una mayor velocidad aumenta la energía cinética del fluido y la turbulencia, lo que mejora la acción mecánica de limpieza. Esto es particularmente importante en la eliminación de residuos grasos y proteicos precipitados y adheridos a las superficies internas como también para la prevención de formación de biofilms.
5. Optimización del Consumo de Recursos: Un caudal bien ajustado puede reducir el consumo de agua y soluciones de limpieza, lo que se traduce en una mayor eficiencia económica y menor impacto ambiental. Es importante encontrar un equilibrio, ya que un caudal excesivo puede generar desperdicio de recursos sin mejorar significativamente la limpieza. Un buen ejemplo sería el de las bolas perforadas que se utilizan para la limpieza de los tanques: un excesivo caudal puede producir atomización del fluido y perdida de efecto mecánico.

Determinación del caudal adecuado

La determinación del caudal adecuado para un proceso de limpieza CIP depende de varios factores, incluyendo el diseño del equipo, la naturaleza de los residuos, y las características de los elementos de limpieza.

Es un campo muy amplio que incluye muchos aspectos, pero a continuación, se presentan algunas consideraciones clave:

1. Diseño del Sistema: Los sistemas CIP deben diseñarse teniendo en cuenta el caudal necesario para asegurar una limpieza eficiente. Esto incluye la selección de bombas y tuberías adecuadas para mantener el caudal óptimo. Para cada diámetro de tubería, cada equipo de proceso, cada dimensión de tanque y su elemento de limpieza, es necesario definir un caudal mínimo y uno máximo para que se limpie adecuadamente. Por lo tanto, como se realizan procesos de limpieza que incluyen diferentes equipos debemos definir el caudal adecuado para todos los elementos del circuito. También se deberán calcular las pérdidas de carga del sistema para dimensionar las bombas de impulsión y retorno.
2. Equipos o elementos a limpiar: Habitualmente los fabricantes definen el caudal adecuado para la limpieza. De todos modos, por norma general, un equipo de producción requerirá como mínimo 1,5 o 2 veces el caudal de proceso para su limpieza, por lo que cuando se diseña la instalación deberemos tener en cuenta este aspecto para instalar by-passes o bombas adicionales, etc.
3. Tipo de Residuos: La naturaleza de los residuos también influye en el caudal requerido. Residuos grasos y proteicos precipitados por efecto de la temperatura, pueden requerir un mayor caudal para ser removidos eficazmente.
4. Normativas y Recomendaciones: Las normativas sanitarias y las recomendaciones de fabricantes de equipos pueden proporcionar directrices sobre los caudales óptimos para diferentes aplicaciones CIP. Normalmente, a modo de ejemplo, organismos internacionales definen una velocidad del fluido en tubería de entre 1,5 y 2,5 m/s. Existen guías de diseño y construcción como por ejemplo las que publica el European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG) con las que se puede ampliar mucha información al respecto.
5. No posibilidad de inspección: las instalaciones que se limpian por procesos CIP generalmente no se pueden inspeccionar después de limpiar y antes de usar. Por lo tanto, es básico definir y ajustar el caudal de limpieza a las peores condiciones posibles. Se requiere dedicar mucha atención en las fases iniciales de diseño y de posterior validación del proceso de limpieza y desinfección de cada instalación.

Caudal óptimo en procesos de limpieza CIP: clave para una limpieza eficiente y sostenible

El caudal adecuado es un componente crítico en los procesos de limpieza in situ (CIP). No solo garantiza una limpieza eficiente y completa de los equipos, sino que también optimiza el uso de recursos y asegura el cumplimiento de los estándares de calidad e higiene. La determinación del caudal correcto requiere una comprensión detallada del sistema, los fluidos de limpieza y la naturaleza de los residuos.

Implementar un caudal adecuado no solo mejora la eficiencia del proceso CIP, sino que también contribuye a la sostenibilidad y rentabilidad de las operaciones industriales.

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REFERENCIAS

Anon (2000), A method for the in-place cleanability of food processing equipment, EHEDG, www.ehedg.org

Jensen, B.B.B. and Friis A. (2005a) Predicting the Cleanability of Mix-proof Valves by use of Wall Shear Stress, Journal of Food Process Engineering (Accepted Sep. 2004).