El impacto de la tecnología NIR en el proceso de producción industrial y alimentaria
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Desde polvos a granel hasta productos horneados, el control de la humedad ocupa un lugar destacado entre los esfuerzos de garantía de calidad más importantes de las plantas de fabricación. Las variaciones de humedad y temperatura influyen directamente en la calidad del producto, generan costes operativos y energéticos adicionales y dan lugar a productos desperdiciados si no existen medidas de control de parámetros.
Sin embargo, teniendo en cuenta que la mayoría de las plantas industriales y de procesamiento de alimentos tienen entornos operativos hostiles, no cualquier analizador de humedad sirve. El control de la humedad es necesario en momentos especialmente difíciles, como a la salida de un secador o un horno, sobre una cinta transportadora abierta con partículas en suspensión, o al observar el interior de una tolva, un conducto, un sinfín y otros lugares.
A medida que las iniciativas ecológicas se consolidan y el crecimiento salarial anima a los directores de planta a examinar los costes, los medidores de humedad en línea se han convertido en instrumentos que impulsan el retorno de la inversión para ayudar a las empresas a controlar la calidad y tomar mejores decisiones operativas con datos en tiempo real. Para muchos procesos industriales y de producción de alimentos, los medidores de humedad en línea de infrarrojo cercano (NIR) han ganado popularidad para ayudar a las empresas a alcanzar estos objetivos.
Analizadores de humedad en línea: ¿Qué hay disponible hoy en día?
Aunque hoy en día se utilizan varios tipos de analizadores rápidos de humedad en línea en los procesos industriales, dos de los más comunes son NIR y radiofrecuencia (RF). Las tecnologías de microondas y capacitancia son otros tipos de analizadores de humedad, pero no son muy adecuadas para el polvo a granel o la producción de alimentos. Además, las tecnologías de infrarrojos (IR) se utilizan habitualmente en la fabricación, pero estos instrumentos IR solo miden la temperatura, no la humedad.
Cada tipo de sensor tiene sus puntos fuertes y se elige en función de los requisitos específicos del proceso y la profundidad de medición necesaria.
Análisis de humedad NIR en línea
El NIR es una medición de superficie: el contenido de humedad se mide dirigiendo luz NIR y analizando la reflectancia de la luz de la muestra. Es un método de análisis de humedad secundario, lo que significa que cada instrumento debe calibrarse para cada tipo de material que mide. El medidor NIR también debe instalarse a una distancia fija del producto (~200-450 mm (8-18 pulgadas)).
El NIR también ofrece la capacidad de medir otros parámetros de calidad, como la temperatura y las resinas/aceites, todo ello desde un único instrumento que ocupa poco espacio en la planta de producción. Estos beneficios hacen que el NIR sea muy adecuado para analizar la humedad de productos homogéneos que tienen una distribución de humedad uniforme, desde productos químicos en polvo hasta aperitivos.
Análisis de humedad por RF en línea
La RF es una medición por penetración que transmite una señal a través de un producto para obtener su contenido de humedad basándose en las propiedades dieléctricas del agua. Los analizadores de RF son ideales para productos heterogéneos que tienen una masa, forma y densidad específicas.
Los analizadores de humedad por RF proporcionan el perfil de humedad completo de productos que generalmente tienen menos de 10 mm (4 pulgadas) de profundidad de penetración. Se utiliza a menudo en la fabricación de tableros (aglomerado, yeso, aislamiento, etc.) y productos de pellets de madera/bioenergía. Sin embargo, existen mejores opciones que la RF para alimentos o productos no homogéneos.
El NIR es el método de análisis de humedad sin contacto más práctico y flexible para muchos procesos industriales y prácticamente todos los procesos de producción de alimentos. Además, estos sistemas son robustos, requieren poco espacio de instalación y están disponibles con accesorios para medir la humedad prácticamente en cualquier lugar donde sea necesario en el proceso, por lo que la mayoría de los propietarios de plantas no necesitan buscar en otra parte.
Ejemplos de análisis de humedad en línea en el procesamiento a granel
Control de calidad del polvo cerámico
La arcilla, el talco y otros componentes minerales se extraen, refinan, mezclan y secan hasta alcanzar un nivel de humedad determinado antes de formarlos en una prensa de polvo o de ariete a muy alta presión. El control de la humedad de la arcilla y el polvo es fundamental para producir baldosas de suelo y pared de calidad con dimensiones consistentes y para la seguridad de la operación de fabricación.
Las baldosas moldeadas presentan variaciones de humedad de hasta un 6% y deben secarse al aire o en horno hasta alcanzar un nivel inferior al 1% antes de su cocción. Incluso un porcentaje mínimo por encima del 1% puede provocar resultados explosivos.
Los medidores de humedad NIR en línea permiten medir la humedad de la cinta transportadora que traslada el polvo de arcilla a las siguientes etapas de producción. La mayoría de las empresas han obtenido buenos resultados colocando el medidor inmediatamente después de un cambio de cinta, lo que permite un análisis preciso de la humedad de los productos recién volteados.
Esta medición en línea no solo mejora la calidad del producto, sino que también garantiza un entorno de fabricación seguro.
Ahorro de costes energéticos en el secado de arena
El contenido de humedad en la arena es un parámetro de calidad fundamental para la elaboración de materiales de construcción (revoques, morteros, hormigón, entre otros). La mayoría de las empresas de producción almacenan la arena al aire libre, expuesta a la intemperie, lo que significa que el contenido de humedad de la materia prima puede variar considerablemente. Por ello, cuando llega el momento de utilizar la arena en la producción, el producto se somete a secadores de alta potencia.
Las empresas que desconocen el contenido de humedad de la arena antes o después de entrar en el horno podrían estar incurriendo, sin saberlo e innecesariamente, en mayores costes energéticos. Por lo tanto, la tecnología NIR en el proceso puede ayudar a mejorar el retorno de la inversión para las empresas de producción de arena y otros fabricantes de materiales a granel que siguen procesos de secado previos a la producción similares.
En primer lugar, la instalación de un medidor de humedad NIR en línea en la cinta transportadora de arena entrante ayuda al operario a evaluar el contenido de humedad antes del proceso de secado. Si el lugar de procesamiento ha tenido un largo periodo de tiempo seco o si la arena proviene de una nueva tolva, la arena entrante podría tener un menor contenido de humedad. De este modo, el operario puede ajustar la temperatura del horno para reducir el consumo de energía. Los datos en tiempo real de un analizador NIR en línea simplifican esta decisión.
A continuación, para cerrar el ciclo de calidad, algunos fabricantes de arena instalan un analizador NIR en línea a la salida del secador para garantizar una humedad adecuada o, posiblemente, volver a pasar la arena por el secador si el contenido de humedad es excesivo. La empresa se beneficia al garantizar productos de máxima calidad a sus clientes, y el ahorro energético derivado de estas tecnologías permite amortizar los sistemas rápidamente.
Ejemplos de análisis de humedad en línea en la producción de alimentos
Control de humedad y grasa en aperitivos producidos por lotes
Las patatas fritas cocinadas en caldero son las favoritas de los consumidores de aperitivos y se caracterizan principalmente por su textura extra crujiente en comparación con las patatas fritas estándar. Por ello, el control del contenido de humedad y grasa es importante para la calidad del producto, no solo por la textura y el sabor, sino porque un exceso de humedad y grasa puede provocar la aparición de moho en el envase del producto.
En este proceso de producción, las patatas fritas se fríen en calderos individuales y pasan por una cinta transportadora. El producto sale del caldero de forma intermitente, acumulándose hasta alcanzar un pico y disminuyendo gradualmente a medida que el caldero se vacía. Esto significa que, en determinados momentos, la profundidad de la capa de producto no es uniforme.
Para solucionar esto, el ingeniero de aplicaciones trabajó con el usuario para determinar la altura ideal aproximada (250 mm, aproximadamente 10 pulgadas por encima del producto) y la ubicación en la cinta transportadora para colocar el analizador y obtener una medición representativa (Figura 2). Solo tras realizar pruebas exhaustivas se pudo determinar esta altura ideal del analizador.
Equipar el sensor con un accesorio de refrigeración por aire también permitió un funcionamiento sin preocupaciones en el entorno de trabajo, caracterizado por altas temperaturas y humedad. Ahora, el productor de patatas fritas puede obtener lecturas precisas del contenido de humedad y grasa de sus patatas, incluso sin un flujo continuo de producto.
Análisis de humedad y grasa antes y después del horneado
Los productores de galletas a gran volumen suelen formar sus productos en largas láminas de masa antes de hornearlas. Ya utilizan tecnología NIR en línea para el análisis ocasional de muestras de contenido de humedad y grasa. Sin embargo, dado el volumen de productos que fabrican a un ritmo constante, se hizo necesario un método en el proceso para controlar estos parámetros con el fin de gestionar los costes y mejorar la consistencia del producto final.
Su prioridad inicial era evaluar el contenido de humedad y grasa de la masa de galletas mezclada a medida que salía de la laminadora. Para esta instalación, un medidor de humedad NIR en línea estático, colocado a la salida de la laminadora, ayudó a proporcionar las mediciones representativas necesarias para determinar la calidad de la masa antes del horneado (Figura 3).
A medida que los productos salen del horno, el analizador fijado al bastidor escanea continuamente toda la anchura de la salida del horno para medir el contenido de humedad del producto. Desde la pantalla, el operario puede determinar si una sección concreta del horno está demasiado caliente o fría y realizar las correcciones necesarias.
La tecnología NIR en línea permite analizar la humedad donde realmente importa
La flexibilidad, compacidad y sencillez de diseño hacen de las tecnologías NIR en línea un método excelente para que los fabricantes de productos industriales y procesadores de alimentos analicen la humedad en etapas críticas de su proceso. Al priorizar las necesidades fundamentales para una instalación exitosa —y colaborar con un proveedor tecnológico de confianza—, surgen constantemente nuevos usos y aplicaciones para esta tecnología.
