Tecnología de vacío rentable en el envasado de alimentos

Sobrepresión / rangos de vacío

Parte 1: fundamentos de la generación de vacío

Minimizar los costes al tiempo que se trabaja de la forma más respetuosa posible con el medioambiente son requisitos esenciales para cualquier producción hoy en día. El consumo de energía siempre desempeña un papel clave en el equilibrio entre la rentabilidad y el medioambiente. Esto es particularmente importante cuando se planifica o se requiere la certificación ISO 50001 de gestión energética. Cuanto más eficiente sea el uso de la energía de entrada, antes se cumplirán los requisitos básicos especificados.

La tecnología de vacío se utiliza cada vez más en numerosos procesos industriales de procesado y envasado de alimentos, cuya eficiencia energética tiene un efecto correspondiente en el balance energético global de la empresa. Este artículo consta de dos partes y proporciona una visión general del consumo de energía y del potencial de ahorro en el suministro de vacío. La primera parte analiza los fundamentos de la generación de vacío. La segunda parte se centra en la aplicación de la tecnología de vacío en el envasado de alimentos mediante máquinas de envasado de cámara, de termoformado y con sellado de bandejas.

La gestión eficiente de la energía incluye la planificación y el funcionamiento de la instalación. En aplicaciones de vacío, hay que tener en cuenta tanto el aspecto de la generación como el del consumo. La tecnología específica de las máquinas ofrece diversas posibilidades para ahorrar recursos y costes, además de contribuir a la protección del medioambiente. Al mismo tiempo, la atención no debe centrarse en el consumo de energía de cada una de las máquinas. Solo una visión integral de los numerosos factores que influyen en la eficiencia global mostrará posibles sinergias.

Estos factores incluyen:

  • Costes de planificación e instalación
  • Vida útil
  • Tiempo de actividad
  • Costes operativos y de formación
  • Asistencia del fabricante/proveedor
  • Capacidad de ampliación
  • Costes de mantenimiento, incluido el tiempo de inactividad
  • Líquidos de funcionamiento
  • Eliminación

Los costes del ciclo de vida son la suma de estos factores (coste de propiedad).

Generación de vacío

En general, se entiende por «vacío» una presión negativa inferior a la

presión atmosférica predominante (fig. 1). Al describir los diferentes niveles de vacío, las peculiaridades paradójicas del lenguaje especializado pueden confundir a los legos: cuanto menor es la presión, mayor es el vacío.

Existen tres parámetros básicos para seleccionar una bomba de vacío. Por supuesto,

esto también se aplica a la evaluación de un sistema existente:

  • Vacío límite [mbar]
  • Caudal nominal [m3/h]
  • Rendimiento nominal del motor [kW]
Curva típica del caudal nominal de una bomba de vacío que muestra la correlación entre el caudal nominal y el nivel de presión. A la izquierda se puede ver el vacío límite de 1 mbar y, a la derecha, la presión atmosférica de 1000 mbar.

Vacío límite [mbar]

El vacío límite es la presión más baja o el mayor nivel de vacío que puede alcanzar la bomba de vacío. Cuando se alcanza el vacío límite, el caudal nominal cae a cero (fig. 2). El vacío límite, como todas las demás presiones en el rango de vacío, se especifica en milibares [mbar]. Las unidades pascal [Pa] o hectopascal [hPa] del Sistema Internacional de Unidades (SI) no se han aceptado de momento en la mayoría de los procesos industriales (1 mbar = 1 hPa).

Caudal nominal [m3/h]

El caudal nominal de una bomba de vacío indica la cantidad de aire o gas que esta puede bombear a presión atmosférica durante un determinado período de tiempo. La unidad estándar son los metros cúbicos por hora [m3/h]. El caudal nominal real disminuye a medida que disminuye la presión (fig. 2). La curva de presión está representada por la curva de caudal nominal. Muestra el caudal nominal real en todos los rangos de presión entre la presión atmosférica y el vacío límite. En el ejemplo de la curva de caudal nominal, la bomba de vacío solo alcanza en torno al 75 por ciento del caudal nominal original con una presión negativa estimada de 5 mbar en el envase.

El trazado de esta curva también influye en el tiempo de evacuación y, por tanto, en la duración del ciclo de envasado al vacío. Así pues, durante el diseño es necesario determinar exactamente qué tamaño de bomba de vacío es el más adecuado. Como resultado, la presión negativa deseada se logra de la manera más eficiente posible en el proceso de envasado cuando se envasa en un tamaño de cámara determinado y un tiempo de ciclo determinado. Para obtener más información al respecto, consulte «Diseño del suministro de vacío».

Cálculo del consumo energético real

Rendimiento nominal del motor [kW]

El rendimiento nominal del motor es la potencia en kilovatios [kW] que se suministra al eje del motor a la tensión y corriente nominal. El rendimiento nominal del motor es un valor máximo que no siempre se requiere en la práctica. La energía eléctrica que se absorbe realmente se calcula a partir de la potencia real de salida en el eje y del rendimiento del motor (fig. 3).

Para algunos fabricantes de motores o bombas de vacío, el rendimiento nominal del motor se especifica junto con el factor de servicio (F.S.). La potencia máxima real del motor se calcula multiplicando el rendimiento nominal del motor por el factor de servicio. Por tanto, es mayor de lo que sugiere el valor del kW.

El factor de servicio (F.S.) fue definido como estándar por la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA, por sus siglas en inglés) de EE. UU. en el manual NEMA MG1-2011. Se indica en la placa de características como multiplicador y describe el grado en el que un motor puede cargarse más allá del rendimiento nominal del motor. Para ello, hay que multiplicar el rendimiento nominal del motor por el valor del F.S. Un rendimiento nominal del motor de 15,0 kW y un F.S. de 1,25 dan como resultado un rendimiento nominal máximo admisible del motor de 15 × 1,25 = 18,75 kW. Por tanto, el rendimiento nominal máximo real es un 25 por ciento superior al valor del «rendimiento nominal del motor».

Sistema de vacío con una combinación de una bomba de vacío de paletas rotativas como bomba primaria y un booster de vacío

Diseño del suministro de vacío

Las bombas de vacío suelen ser diseñadas por el fabricante de la máquina de envasado, que utiliza para ello los valores empíricos correspondientes. Su rendimiento está orientado a obtener la mayor capacidad de envasado posible en términos de cantidad de producto, volumen de cámara y tiempos de ciclo de la máquina. A su vez, esto significa que si la capacidad de envasado no se aprovecha al máximo, la bomba de vacío es demasiado grande y, por tanto, consume más energía de la necesaria.

En principio, es posible (y a menudo conveniente) instalar más de una bomba de vacío diseñada para el caudal nominal máximo requerido. A menudo se envasan diferentes productos en la misma máquina de envasado en diferentes momentos. El tamaño, el volumen de embalaje y la duración del ciclo pueden variar considerablemente. En estos casos, a menudo merece la pena conectar dos o tres bombas de vacío más pequeñas en paralelo. Las bombas de vacío pueden controlarse de modo que solo funcionen aquellas que sean realmente necesarias para proporcionar el caudal nominal requerido. Para acortar el tiempo de ciclo, un sistema de vacío de varias etapas también puede ser mucho más eficiente que una sola bomba de vacío más grande.

Otro método muy eficaz para generar vacío consiste en combinar una bomba de vacío de paletas rotativas con un booster de vacío (fig. 4).

El booster de vacío aumenta significativamente el rendimiento de la bomba de vacío de paletas rotativas. La combinación correcta de una bomba de vacío de paletas rotativas (bomba primaria) y un booster de vacío permite un alto caudal nominal que, de otro modo, solo podría lograrse con una bomba de vacío individual considerablemente más grande, con el correspondiente mayor consumo de energía (fig. 5). El resultado son tiempos de ciclo más cortos y un considerable ahorro de energía.

Curva de caudal nominal de un sistema de vacío con bomba de vacío de paletas rotativas y booster de vacío. El aumento del caudal nominal es muy evidente.

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