Tetra Pak, dinámica de fluidos computacional y experimental
El Especialista en Tecnología de Tetra Pak, Ulf Lindblad, analiza cómo las dinámicas de fluido computacional y experimental aceleran la innovación y la entrega de envases de primera calidad en todo el mundo, de una forma mucho más rápida que antes. ¿Qué tienen en común el Airbus A380, el avión comercial más grande del mundo, y Tetra Evero™ Aseptic, la primera botella de cartón aséptico del mundo?
Ambos se desarrollaron usando la dinámica de fluido computacional. Tetra Pak, provisto de uno de los grupos más grandes en supercomputación del norte de Europa, fue la primera compañía envasadora en el mundo en aplicar la dinámica de fluido para el desarrollo de un envase – Tetra Evero Aseptic.
La capacidad de simular la corriente de gas, tanto en el envase como en la máquina envasadora –lo que asegura condiciones de esterilidad óptimas- acorta los plazos de desarrollo de años a meses y acelera el lanzamiento del producto en el mercado. Desde 2006 Tetra Pak había estado invirtiendo principalmente en la aplicación de una dinámica de fluido computacional (CFD) y otra dinámica de fluido experimental (EFD) para el desarrollo del envasado.
En el caso de Tetra Evero Aseptic, el uso de CFD y EFD fue el resultado de una prueba de 2.000 configuraciones de máquina de la envasadora Tetra Pak A6 iLine. La prueba de la máquina y el desarrollo del envase permitieron para tal innovación que la máquina envasadora Tetra Pak A6 iLine y el envase Tetra Evero Aseptic estén cubiertos por 14 patentes de diseño y aplicación. De hecho, esta prueba estableció un reto en el desarrollo: asegurar la esterilidad de un envase de cartón con forma de botella único y de la cámara aséptica de la máquina envasadora diseñada para rellenar el envase con leche. Para esta tarea, fue necesario diseñar nuevas tecnologías y mecanismos.
Simulaciones CFD
En primer lugar, las simulaciones CFD se usaron para testar y crear la forma final del envase Tetra Evero Aseptic. Las
simulaciones computacionales nos permitieron testar de manera virtual características tales como la funcionalidad del vertido sin tener que producir físicamente cientos de tipos de productos diferentes. Esto supuso un descenso drástico de los plazos empleados en la entrega del producto en el mercado y aseguró la minimización de los costes en el proceso de I+D.
Las simulaciones de CFD también tuvieron su importancia en el desarrollo del mecanismo y el equipamiento para esterilizar tanto el envase como la cámara aséptica de la máquina envasadora, asegurando el nivel más alto de seguridad alimentaria y costes eficientes.
En realidad, el envase Tetra Evero Aseptic requería el desarrollo de una forma nueva de esterilización de envases para asegurar que la seguridad alimentaria no se viera comprometida. El reto concreto consistía en la nueva forma de la botella de cartón de Tetra Evero Aseptic. En la forma tradicional del envase Tetra Brik, los materiales se encuentran en formato de envasado plano, lo que significa que pueden ser asépticamente esterilizados antes de que se les de forma.
Debido a su forma única de botella, al envase Tetra Evero Aseptic se le da forma previamente y no se le aplica el formato plano. Por lo tanto, es necesario buscar un enfoque diferente para la esterilización.
Los ingenieros de Tetra Pak desarrollaron una técnica de esterilización mediante el gas para hacer frente a los retos de una forma totalmente innovadora. Los envases pasan a través de la cámara aséptica en parejas, donde son expuestas a peróxido de hidrógeno en forma de gas. El peróxido de hidrógeno entra en contacto con el envase preformado, tanto el interior como el exterior, esterilizando la presencia de cualquier contaminante existente antes de entrar en la cámara aséptica.
A partir de este momento, el gas se expulsa fácilmente del envase, dando lugar a un medio altamente efectivo y seguro de conseguir la esterilización. Para lograrlo, se utilizaron técnicas de visualización basadas en láser y CFD para analizar y optimizar el transporte de gas esterilizante dentro del envase. Así, mediante una serie de pruebas que evaluaban el flujo del gas de peróxido hacia el envase, Tetra Pak desarrolló una característica ahora patentada, la boquilla dinámica. Esta nueva boquilla, dentro de la máquina envasadora Tetra Pak A6 iLine, permite que el gas fluya y esterilice cada parte del envase, así como la cámara aséptica. Al hacer esto, se asegura una efectiva esterilización.
La boquilla dinámica también constituye un gran ejemplo de innovación, su desarrollo puso de relieve y posibilitó futuras innovaciones. Como resultado de la boquilla dinámica, también tuvimos que desarrollar una barrera de flujo de aire. Esta consiste en una potente rejilla de aire de flujo unidireccional que separa la zona estéril del ambiente no estéril, por lo que protege dicha zona aséptica y asegura que permanezca esterilizada. La barrera de flujo de aire se mantiene con la boquilla dinámica; aunque no es una barrera física, es tan efectiva como un filtro de aire real, de gran eficiencia, que detiene los microorganismos que se transmiten a través del aire e impide su entrada en la zona aséptica.
Para hacer efectiva la innovación, se utilizaron técnicas avanzadas de modelado que desarrollaron una forma de cámara aséptica completamente nueva para la esterilización de gas por fases, y así lanzar al mercado más rápido de lo que hubiera sido posible anteriormente.
El uso innovador de CFD y EFD en Tetra Pak no ha hecho más que empezar. La aplicación que estas tecnologías ofrecen para el desarrollo de productos en nuestra industria va más allá del envasado. Nuestro siguiente paso será su aplicación en el desarrollo del proceso y envasado de alimentos.
www.tetrapak.es
