En la fabricación de ingredientes alimentarios, los tiempos de proceso y los consumos de energía pueden reducirse notablemente cuando la formulación, la calidad de las materias primas, el procedimiento de secado o mezclado, la automatización y el suministro de medios están coordinados entre sí. Sin embargo, no existen valores óptimos uniformes para todos los productos. Los productos lácteos y de suero, las proteínas, los productos de almidón, los aromas, las mezclas de especias, los polvos funcionales y los ingredientes de origen vegetal se diferencian considerablemente en cuanto a humedad, viscosidad, estabilidad térmica, estructura de partícula, riesgo higiénico y esfuerzo de limpieza.

Por ello, los indicadores de referencia significativos siempre se refieren a una unidad claramente definida. En los procesos de secado, esta suele ser el consumo de energía por kilogramo de agua evaporada. En los procesos de mezclado son, por ejemplo, el tiempo de mezclado, el aporte de energía por lote, el número de lotes por hora o la homogeneidad alcanzada. En las líneas de producción completas se consideran adicionalmente el rendimiento, la tasa de rechazo, la duración de la limpieza, el consumo de agua y la eficacia global de la instalación.

Tiempos de proceso cortos

En el secado por atomización, los tiempos de contacto y secado de las partículas individuales en el gas de secado suelen situarse en el orden de segundos. Sin embargo, el tiempo de permanencia total del producto en la instalación depende también de la atomización, la cámara de secado, el tratamiento posterior, la descarga y una posible aglomeración. Un rendimiento elevado solo puede combinarse con una calidad de producto estable si el contenido de sólidos, la viscosidad, la atomización, las temperaturas del aire y el caudal de aire están adaptados al producto.

En los procesos de lecho fluidizado, el secado, el enfriamiento y la aglomeración pueden combinarse en una sola instalación. El tiempo de proceso necesario suele situarse en un rango de minutos hasta una hora, y está influido sobre todo por la humedad inicial, la humedad residual deseada, el tamaño de partícula, la sensibilidad térmica y la estructura de producto requerida. Especialmente en el caso de productos instantáneos, la integración de varios pasos del proceso puede acortar todo el proceso de producción.

En los secadores de banda, el tiempo de proceso depende en gran medida del espesor de la capa, la conducción del aire, el perfil de temperatura y las propiedades del producto. Los conceptos multizona y una conducción del aire específica pueden acelerar el secado sin aumentar de forma inadmisible la temperatura del producto. Por ello, la comparación de instalaciones no debería basarse únicamente en el tiempo de permanencia, sino también siempre en la humedad residual, el rendimiento del producto, el color, el aroma, la solubilidad y la conservación de nutrientes.

En los procesos de mezclado para ingredientes alimentarios secos o ligeramente húmedos, las instalaciones de mezclado modernas pueden alcanzar una elevada homogeneidad en pocos minutos. No obstante, el tiempo de mezclado concreto debe comprobarse con el producto real. Las diferencias en el tamaño de partícula, la densidad aparente, la humedad, la estabilidad de los aglomerados y la precisión de dosificación pueden modificar considerablemente el tiempo de mezclado necesario. Un proceso de mezclado muy corto solo resulta ventajoso si la formulación se distribuye de forma uniforme y no se dañan las partículas sensibles.

La duración de la limpieza es un factor central para la productividad global. No solo abarca el propio proceso CIP o WIP, sino también el vaciado del producto, el cambio de formato, la liberación y, en su caso, los controles microbiológicos. Optimizaciones como zonas de proceso limpiables por separado, programas de limpieza adaptados a la necesidad, la medición de conductividad para la detección del punto final y una mejora del efecto de limpieza mecánico pueden reducir notablemente los tiempos de CIP. Los análisis del sector indican potenciales de reducción de los ciclos CIP de aproximadamente un 25 a un 40 %, siempre que se mantenga la validación microbiológica.

La eficacia global de la instalación (OEE) es un indicador importante para evaluar líneas alimentarias completas. Combina la disponibilidad, el rendimiento y la tasa de calidad. Un valor del 85 % se menciona a menudo como valor máximo general, pero procede sobre todo de la fabricación discreta y no es trasladable de forma generalizada a los procesos alimentarios debido a la limpieza obligatoria, los cambios de alérgenos y las medidas de higiene específicas del producto. Para las instalaciones de alimentación y bebidas se indican típicamente valores de aproximadamente un 55 a un 70 %. Las instalaciones bien gestionadas pueden alcanzar aproximadamente un 75 a un 80 %, mientras que valores más altos dependen en gran medida del tipo de producto, la variedad de referencias y el tratamiento correcto de los tiempos de limpieza planificados.

Bajo consumo de energía

En los procesos de secado, la evaporación de agua es la palanca energética más importante. El secado por atomización es imprescindible para muchos polvos de alto valor, pero se encuentra entre los procedimientos de alta intensidad energética. Según el producto, la humedad inicial, la conducción del aire y la integración térmica, los consumos específicos pueden variar considerablemente. Algunas fuentes indican, para el secado por atomización convencional, valores de hasta 6.000 kilojulios por kilogramo de agua evaporada. Para conceptos de secado más eficientes se reportan valores notablemente más bajos. Por ello, el consumo de energía debería evaluarse siempre en relación con la cantidad de agua evaporada y, adicionalmente, con la cantidad de producto generada.

Una posibilidad de ahorro esencial es la preconcentración antes del secado térmico. Cuando los productos líquidos se concentran previamente mediante filtración por membrana o evaporación, en el secador posterior debe eliminarse menos agua. La selección del procedimiento depende de la estabilidad del producto, la viscosidad, la sensibilidad de la membrana, la concentración deseada y la limpiabilidad.

Los evaporadores de múltiple efecto y la recompresión mecánica de vapor pueden reducir notablemente la necesidad de energía en la concentración. Como orientación, un evaporador de simple efecto necesita alrededor de 2.260 kilojulios por kilogramo de agua evaporada. Un evaporador de cuádruple efecto puede reducir el consumo específico de vapor, según el cálculo, a aproximadamente 565 kilojulios por kilogramo. Para los sistemas con recompresión mecánica de vapor se indican valores notablemente más bajos, si bien en ese caso la necesidad se evalúa sobre todo como consumo eléctrico del compresor.

La recuperación de calor suele ser el enfoque más eficaz en los procesos alimentarios de alta intensidad energética. El aire de escape, el condensado, los vapores y las corrientes de refrigeración pueden emplearse para precalentar el aire fresco, el agua de proceso o las etapas previas del producto. La tasa de recuperación real depende de las diferencias de temperatura, la tendencia al ensuciamiento, el concepto de higiene, el sumidero de calor disponible y los tiempos de funcionamiento. Por ello, en lugar de una tasa de recuperación general, los operadores deberían encargar un balance térmico específico de la ubicación y un análisis pinch.

También los consumidores eléctricos influyen en el balance global. Entre ellos se encuentran los ventiladores, las bombas, los generadores de vacío, los molinos, los dosificadores, la técnica de transporte, las instalaciones de refrigeración y los sistemas de aire comprimido. Los motores de alta eficiencia, los convertidores de frecuencia correctamente dimensionados, las pérdidas de presión bajas, los ventiladores regulados por velocidad de giro y un control sistemático de fugas en el aire comprimido reducen a menudo el consumo sin modificar el producto o el proceso de formulación en sí.

Para la comparación de instalaciones completas, el consumo de energía por kilogramo de producto final solo resulta útil cuando los límites del balance están claramente definidos. Los operadores deberían aclarar si en él se incluye únicamente el consumo eléctrico directo de la instalación de proceso o también el vapor, el frío, el aire comprimido, el agua caliente, los medios CIP, el tratamiento del aire de escape y las pérdidas de energía del suministro central. Solo entonces pueden compararse de forma seria las instalaciones o los emplazamientos de producción entre sí.

Factores de influencia esenciales

Los indicadores alcanzables vienen determinados sobre todo por el contenido de sólidos de los productos de partida, la humedad, la sensibilidad térmica, la viscosidad, la estructura de partícula deseada y la variedad de formulaciones. Ya una concentración de entrada más alta puede influir considerablemente en la necesidad de energía del secado posterior. A la inversa, las calidades de materia prima fluctuantes pueden provocar tiempos de proceso más largos, más reajustes, un mayor rechazo y esfuerzos de limpieza adicionales.

El diseño higiénico de la instalación también repercute en el tiempo y la energía. Los equipos de buen vaciado, los trayectos de producto cortos, el menor número posible de puntos de adherencia y una limpieza adaptada al producto reducen las pérdidas de producto y los tiempos de parada. No obstante, el diseño higiénico debe ser siempre compatible con los requisitos de control de alérgenos, seguridad microbiológica y cambio de producto.

La automatización y el análisis de datos ayudan a visibilizar las pérdidas de energía y tiempo. Los sistemas de control de procesos y los sistemas de ejecución de manufactura (MES) pueden registrar indicadores como la necesidad específica de calor, el consumo eléctrico, la duración del lote, el tiempo de limpieza, el rechazo y las paradas de la instalación. A partir de ello pueden derivarse medidas, por ejemplo la optimización de los perfiles de temperatura, el acortamiento de los cambios de formato, la reducción de los tiempos de marcha en vacío o la adaptación de los programas de limpieza.

Clasificación de los indicadores de referencia

Un objetivo realista no debería partir de una única cifra general del sector. Resulta más razonable un valor de partida específico del producto, registrado por separado para cada línea. A partir de ahí pueden definirse objetivos claros para el rendimiento, el tiempo de ciclo, la energía por kilogramo de agua evaporada, la energía por kilogramo de producto, el consumo de agua, la duración de la limpieza, el rechazo y la eficacia global de la instalación.

Un ejemplo es la fabricación de un polvo de proteína secado por atomización. Una preconcentración reduce la cantidad de agua que debe evaporarse en el secador por atomización. Una recuperación de calor del aire de escape mejorada reduce la necesidad de calor. Un proceso de secado controlado de forma estable reduce el sobresecado y el subsecado. Al mismo tiempo, un concepto de limpieza optimizado puede acortar el tiempo de cambio entre dos campañas de producto. Si estas medidas son rentables depende del valor del producto, las horas de funcionamiento, los costes de energía, los requisitos de calidad y las redes de medios disponibles.