LIMPEZA E SANITIZAÇÃO NA INDÚSTRIA DE BEBIDAS

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1 Soluções para seus processos industriais LIMPEZA E SANITIZAÇÃO NA INDÚSTRIA DE BEBIDAS FUNDAMENTOS DE QUÍMICA

2 ph Alcalinidade e Acidez Água Seqüestrantes Sujeiras Teoria da Detergência Métodos de análise FUNCIONAMENTO

3 PH ph: mede a concentração de íons Hidrogênio em solução H 2 0 ~ H + + OH -» Se H + > OH - produto ácido» Se H + < OH - produto alcalino ph O ph não pode ser usado para determinar a concentração de um produto ácido ou alcalino. Usa-se a acidez e a alcalinidade respectivamente.

4 PH

5 ALCALINIDADE E ACIDEZ Alcalinidade: Habilidade para neutralizar substâncias ácidas Acidez: Habilidade para neutralizar substâncias alcalinas Não há relação direta com o ph Expresso em diversas unidades diferentes: % Na 2 O, % NaOH,. % H 3 PO 4, % H 2 SO 4, etc.

6 ÁGUA Solvente Universal :Composição química complexa: água carbonatos, cloretos, gases, metais, matéria orgânica, etc. Compostos importantes: Ferro: Pode interferir na ação de produtos químicos Cloretos: Podem causar corrosão

7 Química da água H 2 O + Minerais + Gases Gases CO 2, O 2, H 2 S Água Minerais Cations + Anions Formadores de dureza Dureza não carbonatos Ca, Mg Na, K, NH 4, Al Dureza Carbonatos

8 SABOR E ODOR Certas substâncias presente na água podem afetar as características da cerveja, em virtude de apresentarem sabor e odor próprios, tais como: Ferro Compostos de Cloro Compostos de Enxofre

9 COR/MATÉRIA ORGÂNICA A presença de cor, geralmente se deve a presença de matéria orgânica (ácido húmico) ou microrganismos. O excesso de matéria orgânica pode levar ao aparecimento de flocos, além de ser uma potencial fonte de contaminação. Geralmente águas subterrâneas não apresentam cor devido a ação filtrante do solo.

10 Microrganismos Principais grupos de microrganismos: Bactérias Leveduras Protozoários vírus Os principais contaminantes para a indústria cervejeira são as bactérias e as leveduras

11 Alcalinidade Presença de substâncias de caráter alcalino na água: HCO 3 - CO 3 = OH- alcalinidade Modificações das características organolépticas devido a neutralização da acidez dos componentes da cerveja Problemas na atuação das enzimas durante a brassagem Precipitação de fosfatos

12 Dureza A dureza total da água é representada pela quantidade de sais solúveis de cálcio e magnésio presentes. Problemas: mudanças no paladar do produto, afetam a ação dos detergentes e favorecem o aparecimento de incrustações, especialmente nas lavadoras, caldeiras e bicos de enchedoras. Água dura Água muito dura 91 a 150 mg/l CaCO 3 > 151 mg/l CaCO 3

13 Ferro Pode ser encontrado em suspensão ou dissolvido na água. Na forma solúvel, em geral, encontra-se sob a forma de bicarbonato que turva-se imediatamente em contato com o ar. Interfere no aroma, odor e aspecto visual da cerveja. Sua concentração deve ser mantida abaixo de 0,1 mg/l

14 Gases dissolvidos Solubilidade depende da pressão e temperaturas Principais gases dissolvidos: O 2 N 2 CO 2 H 2 S CH 4 O 2 e CO 2 apresentam como principal problema a possibilidade de desencadearem processos corrosivos

15 Trihalometanos (THM) Produtos da reação do cloro com matéria orgânica presente na água. Ex.: Clorofórmio. Trialometados tem características carcinogênicas Limite permitido pela Agência Americana de Proteção ambiental é de 100 µg/l Trihalometanos são retirados da água através da passagem por leito de carvão ativo, apesar da eficiência não ser muito elevada.

16 Especificações - Água de Processo Turbidez Cor odor Gosto Cloro livre Cloro total Alcalinidade Ferro Alumínio Cloretos Trihalometanos Ausente Ausente Ausente Sem gosto anormal >6 mg/l após filtro de areia 0 após o filtro de carvão < 85mg/L (como CaCO 3 ) < 0,1 mg/l < 0,1 mg/l <100 mg/l (como NaCl) < 100 µg/l

17 Seqüestrantes Substâncias como Ca, Mg, Fe, etc, tendem a reagir formando compostos insolúveis e incrustações. Sequestrantes: substâncias que reagem com íons metálicos (Ca, Mg, Fe, etc.) formando compostos solúveis evitando assim que as reações comuns de precipitação ocorram. Exemplos: EDTA Gluconato de Sódio Fosfatos A escolha do sequestrante ideal depende do ph da solução de uso e do íon a ser sequestrado.

18 Detergência Energia: È necessária para remover as sujidades das superfícies...» Mecânica» Térmica TEMPO TEMPERATURA» Química Círculo de Sinner AÇÃO QUÍMICA AÇÃO MECÂNICA

19 Detergência Etapas do processo de detergência» Umectação da sujeira pelo detergente» Remoção da sujeira da superfície» Dispersão da sujeira na solução detergente Etapas proc deterg» Suspensão da sujeira na solução e prevenção da redeposição sobre a superfície.

20 Tensão Superficial

21 Tensoativos Definição: Tensoativos são substâncias que quando adicionadas a um meio líquido modificam as características deste meio na sua superfície ou interface. São uns dos principais componentes dos detergentes.

22

23 Aniônico: Parte ativa carrega carga negativa, ex.: Sabão, dodecilbenzenosulfonato de sódio, etc. Geralmente formam muita espuma São sensíveis a dureza de água (cargas positivas). Não são compatíveis com tensoativos catiônicos Catiônicos: Parte ativa carrega carga positiva, ex: Quaternário de Amônio, amaciantes, aminas graxas, etc. Formam muita espuma Não são bons detergentes Não iônicos: Parte ativa não apresenta carga, ex: Álcoois Graxos Etoxilados. Podem formar muita/pouca espuma ou até serem antiespumantes Não são sensíveis a dureza de água São compatíveis com todas as classes de tensoativos

24 Titulaçao Método usado para determinar a concentração de uma solução. - A operação consiste em juntar lentamente uma solução à outra até o término da reação, a qual se observa através da mudança de cor do indicador

25 - É uma forma de titulação mais prática, aonde é necessária a contagem das gotas ao invés da medição de volume gasto. - Contém: Frascos de Indicadores Frascos de Reagentes

26 Limpeza e sanitização na indústria de bebidas CIP definiç DEFINIÇÕES CIP (Cleaning in Place): significa a higienização das instalações de produção sem que seja preciso desmontá-las e sem que as mudanças feitas afetem a produção de forma significativa. OUTRAS DEFINIÇÕES: SIP - Sterile in Place WIP - Washing in Place Vant desv VANTAGENS E DESVANTAGENS Vantagens - Não há desmontagem do circuito - Detergentes mais concentrados - Operação segura - Controle de resultados - Mínimo tempo de inatividade da produção - Único método para tanques grandes, tubulações, trocadores de calor e concentradores. Desvantagens - Áreas mortas sem agitação - Interrupção total, em caso de mal funcionamento - Problemas difíceis de serem diagnosticados - Aumento de controles durante o CIP - Necessidade de mão de obra qualificada - Eficácia do detergente não é compensada pela ação mecânica componentes 1

27 COMPONENTES CIP Fig sist cip COMPONENTES CIP III I Unidade CIP III VII II Bombas de avanço e retorno III Sistemas de tubulação VI de avanço II V IV Sistemas de tubulação de retorno V Circuito aberto I II IV VI Dispositivos de pulverização IV VII Circuito fechado componentes COMPONENTES CIP I Unidade CIP - Componentes Tanque de água fresca Tanque de água recuperada Tanques de solução Válvulas Trocador de calor Bombas de dosagem de químicos Instrumentos de medição e controle (condutivímetros, termômetros, PLC s) Controle Registro de dados de processo Bombas av e ret 2

28 COMPONENTES CIP III I Unidade CIP III VI II Bombas de avanço e retorno III Sistemas de tubulação VII de avanço II V IV Sistemas de tubulação de retorno V Circuito aberto I IIIV VI Dispositivos de pulverização IV VII Circuito fechado Bombas av e ret COMPONENTES CIP II Bombas de avanço e retorno Circuito aberto: Dimensionamento da bomba depende das características do aspersor, do volume de solução necessário para circulação e das perdas de carga das instalações. Vazão da Bomba de retorno deverá ser maior do que a da bomba de avanço (evitar a formação de piscina no fundo do tanque) Exemplo de características do aspersor: Parâmetros p/ spray ball JC: Pressão - 2 bar (na entrada do Spray Ball) Vazão - 14 m3 / h Sist tub av COMPONENTES CIP III I Unidade CIP III VII II Bombas de avanço e retorno III Sistemas de tubulação VI de avanço II V IV Sistemas de tubulação de retorno V Circuito aberto I IIIV VI Dispositivos de pulverização IV VII Circuito fechado Sist tub av 3

29 COMPONENTES CIP III Sistema de tubulação de avanço Conexão entre a unidade CIP e o objeto a ser limpo Perda de carga: Tubulação horizontal - considerar p/ cada 100 m a perda de 1 bar de pressão. Tubulação vertical - considerar p/ cada 10 m a perda de 1 bar de pressão. Sist tub retorno COMPONENTES CIP III I Unidade CIP III VII II Bombas de avanço e retorno III Sistemas de tubulação VI de avanço II V IV Sistemas de tubulação de retorno V Circuito aberto I II IV VI Dispositivos de pulverização IV VII Circuito fechado Sist tub ret IV Sistema de tubulação de retorno Conexão entre o objeto a ser limpo e a unidade CIP Acúmulo de sujidade: recalque da bomba não gera turbulência. Bomba deve estar instalada próxima ao objeto a ser limpo Cic aberto 4

30 COMPONENTES CIP III I Unidade CIP III VII II Bombas de avanço e retorno III Sistemas de tubulação VI de avanço II V IV Sistemas de tubulação de retorno V Circuito aberto I IIIV VI Dispositivos de pulverização IV VII Circuito fechado Spray ball COMPONENTES CIP V Circuito Aberto Responsável pela Limpeza: Spray Ball Spray ball perde press COMPONENTES CIP V Circuito Aberto Responsável pela Limpeza: Spray Ball Caracterizado pela perda de pressão que ocorre dentro do tanque, necessitando de uma bomba para reiniciar o circuito Spray ball 5

31 COMPONENTES CIP III I Unidade CIP III VII II Bombas de avanço e retorno III Sistemas de tubulação VI de avanço II V IV Sistemas de tubulação de retorno V Circuito aberto I II IV VI Dispositivos de pulverização IV VII Circuito fechado Tipos spray COMPONENTES CIP VI Dispositivos de Aspersão Sprayball COMPONENTES CIP VI Dispositivos de Aspersão Flying Saucer 6

32 COMPONENTES CIP VI Dispositivos de Aspersão Aspersor Rotativo compara Modelo Vantagens Desvantagens Sprayball - permite drenagem - permite a formação de filme de solução nas - baixo custo de manutenção paredes do tanque - autolimpante - diâmetro de cobertura limitado - efeito insignificante da obstrução de um único furo Flying-saucer - como os jatos não são contínuos, não - exige muita manutenção ocorre formação de filme na parede do - vazão necessária é muito alta tanque, melhorando a qualidade da - não existe padrão no posicionamento dos higienização e facilitando o enxágue furos - maior ação mecânica - o fabricante deste modelo não existe mais - o número de voltas deve ser acompanhado em praticamente todos os processos de higienização - são mais caros que os sprayballs Aspersor giratório - diâmetro de cobertura longo (melhor - é muito complexo performance em diâmetros superiores - custa muito caro a 12 metros) - sua manutenção é cara - maior impacto devido a maior ação - necessita de manutenção constante mecânica - limpeza de forma orbital, facilitando a cobertura de toda superfície - como os jatos não são contínuos, não ocorre formação de filme na parede do tanque, melhorando a qualidade da higienização e facilitando o enxágue Dimensiona spray COMPONENTES CIP VI Dispositivos de Aspersão O dimensionamento do Spray Ball depende das características do tanque a ser limpo: - Altura - Diâmetro Altura da haste - Jato central do Spray Ball - Na direção da solda entre a costura do tanque e a cúpula - Na direção do ponto de máxima sujidade (interface entre o conteúdo do tanque e o ar) Fig jatos 7

33 COMPONENTES CIP VI Dispositivos de Aspersão - Jato do Spray Ball Excessivo Normal Baixo Circ fech COMPONENTES CIP III I Unidade CIP III VII II Bombas de avanço e retorno III Sistemas de tubulação VI de avanço II V IV Sistemas de tubulação de retorno V Circuito aberto I II IV VI Dispositivos de pulverização IV VII Circuito fechado Flux turb COMPONENTES CIP VII Circuito Fechado Fluxo turbulento Fluxo laminar Fluxo insuficiente Velocidade do Fluxo: Mínima = 1,5 m/s Ideal 20% acima de velocidade de processo Não var diam tub 8

34 COMPONENTES CIP VII Circuito Fechado Fluxo turbulento Fluxo laminar Tubulação não pode terfluxo insuficiente variação brusca de diâmetro. Um aumento no diâmetro irá interferir na velocidade do fluxo e pode tornar a limpeza ineficiente Circ fech LEVANTAMENTO DE DADOS Fundamental para: Escolha do melhor produto para higienização; Identificar erros de dimensionamento; Reconhecer o processo que deve ser aplicado; Levanta dados LEVANTAMENTO DE DADOS I. Etapas do processo de higienização II. Características do processo III. Produtos utilizados IV. Características das sujidades V. Características das instalações VI. Relação custo benefício VII. Levantamento de necessidades etapas 9

35 LEVANTAMENTO DE DADOS I. Etapas do processo de higienização 1 Enxágüe (água recuperada) 2 Circulação da solução alcalina 3 Enxágüe (recuperar) 4 Circulação da solução ácida 5 Enxágüe 6 Circulação da solução desinfetante (em processos duplamente alcalinos cuidado com ph) 7 Enxágüe Etapa varia conf sujs LEVANTAMENTO DE DADOS I. Etapas do processo de higienização O número de etapas no processo de higienização deverá ser definido conforme as características da sujidade e dos equipamentos a serem limpos. perguntas Por que é importante conhecer as etapas de processo atual? É imprescindível que se conheça o processo que está sendo utilizado, pois com as demais informações (tipo de sujidade, resultados microbiológicos, número de reutilizações das soluções, concentração dos detergentes) pode-se determinar o processo ideal ou a otimização do processo que está sendo aplicado. O pré-enxágue além de definir a eficiência da higienização, é um dos fatores que define o número de vezes que a solução de limpeza poderá ser reutilizada Quando medir a temperatura? A temperatura deve ser medida em dois momentos, antes de iniciar o processo de higienização (principalmente se o processo for a quente) e durante a circulação para: controlar a temperatura de processo, verificar se o sistema de refrigeração dos tanques não está aberto... Quando medir a concentração? A concentração deve ser medida antes de iniciar o processo de circulação, para garantir a eficiência do processo no que diz respeito a eficiência química e após duas voltas completas no circuito, para verificar se não ocorreu perda excessiva da concentração, devido a diluição ou pela reação com sujidades de maneira a comprometer a eficiência química do processo. Qual a influência do tempo, da temperatura e da concentração? A qualidade da higienização é garantida pelo cumprimento dos parâmetros pré estabelecidos (tempo, temperatura, ação química e mecânica) Quando existe a necessidade de se proceder o processo de higienização a quente a falta de temperatura compromete o processo. Equipamentos que possuem sujidades a base de gordura e proteína devem ser enxaguados com temperatura entre 40 e 60 C. Isto porque temperatura inferior a 40 solidifica a gordura e superior a 60 C pode denaturar a proteína. A performance do produto detergente é aumentada com o aumento da temperatura e reduzida com a redução da temperatura Caract proc 10

36 LEVANTAMENTO DE DADOS II. Características do Processo Número de reutilizações de cada solução (depende do volume da solução e da sujidade) Volume de solução CIP preparada Número de tanques da unidade CIP Quantidade de CIP s realizados no mês Perda de concentração de solução por CIP No CIP ácido a reposição de tensoativos mínima deverá ser de 15% da dosagem inicial Prod utiliz LEVANTAMENTO DE DADOS III. Produtos Utilizados Nome e princípio ativo dos produtos Custo dos produtos O princípio ativo indica se o produto está adequado para o tipo de sujidade. Caract sujid LEVANTAMENTO DE DADOS IV. Características das sujidades I. Cervejarias II. Refrigerantes cerv 11

37 LEVANTAMENTO DE DADOS IV. Características das sujidades CERVEJARIAS Sala de Fabricação de Mosto Adega de Fermentação/Maturação Adega de Fermento Adega de Pressão Filtração Trocador de Calor Enchedora refrig LEVANTAMENTO DE DADOS IV. Características das sujidades REFRIGERANTES Tanques de xarope simples Tanque dissolvedor Trocador de calor Tanque estabilizador Tanque de xarope composto Enchedora Carbonatador Caract instalaç LEVANTAMENTO DE DADOS V. Características das Instalações Volume do circuito Vazão da bomba de avanço Modelo do sprayball Altura de instalação do sprayball Características do tanque (a ser limpo) Número de tanques Diâmetro dos tanques Altura dos tanques Calc vol circuito 12

38 Calculando o Volume do Circuito Exemplo: Adicionou-se 20 kg de soda cáustica líquida, 50% p/p ao sistema. O resultado da análise determinou que havia 1% p/v de ativos. Qual o volume do sistema? 20 kg x 50% = 10 kg ativos 1% p/v = 1 kg ativos l solução 10 kg ativos x, x = 1000 L Calc vol fech Calculando o Volume - Circuito Fechado Medir o tempo que a solução de limpeza demora para dar uma volta completa no circuito. Cronometrar a partir do momento que o produto for colocado no tanque de equilíbrio até o retorno da solução para o tanque ou dreno. Utilizar indicador fenolftaleína para indicar visualmente o retorno da solução. V = Q. t onde: - V = volume do circuito - Q = vazão (litros / segundo) - t = tempo (segundos) Calc vaz bomba Vazão da Bomba de Avanço Durante o pré-enxague, no momento em que a água recuperada começou a sair pelo dreno na linha de retorno, o nível da água recuperada lido na régua do tanque de água recuperada era de 2,3 m, após 1 minuto este nível havia baixado para 1,5 m. Qual a vazão da bomba de avanço do CIP. Considerar que o tanque possui diâmetro igual a 3 m. r R V cilindro = V Solução = π.r 2.h = 3,14.1,5 2.0,8 = 5,65 m 3 Vazão = 5,65 m3/min ou 339 m3/h Levanta dados cuso benef 13

39 LEVANTAMENTO DE DADOS VI. Relação Custo Benefício ATUAL X PROPOSTO Custo de tratamento de água Custo do tratamento de efluentes Custo de energia Custo do Vapor Custo da produção parada Custo de químicos Custo da Mão de Obra Lev necess LEVANTAMENTO DE DADOS VII. Levantamento de Necessidades Otimizar o custo dos produtos químicos Otimizar o consumo ou custo de água Melhorar a eficiência da limpeza (video) Melhorar os resultados microbiológicos Melhorar a produtividade Reduzir o tempo gasto com CIP Fator interf higienz FATORES QUE INTERFEREM NA HIGIENIZAÇÃO 1. Fatores mecânicos 2. Fatores operacionais 3. Fatores químicos 4. Fatores de sujidade/processo mec 14

40 FATORES QUE INTERFEREM NA HIGIENIZAÇÃO Fatores Mecânicos Acabamento das superfícies Vazão da bomba de avanço inadequada Vazão da bomba de retorno inadequada Bomba de retorno muito distante do tanque que está sendo higienizado mec FATORES QUE INTERFEREM NA HIGIENIZAÇÃO Fatores Mecânicos Modelo do sprayball inadequado Altura de instalação do sprayball inadequada Vazão no sprayball inadequada Pressão no sprayball inadequada Volume de solução insuficiente Presença de agitadores, termômetros, etc.. operacionais FATORES QUE INTERFEREM NA HIGIENIZAÇÃO Fatores Operacionais Erro no direcionamento de fluxo Não cumprimento de tempos Não cumprimento das temperaturas Limpeza manual insatisfatória Não verificação de concentrações Não retirada da CO2 (video) quimicos 15

41 FATORES QUE INTERFEREM NA HIGIENIZAÇÃO Fatores Químicos Detergente inadequado para a aplicação Desinfetante inadequado para a aplicação Sujid proc FATORES QUE INTERFEREM NA HIGIENIZAÇÃO Fatores da sujidade/processo Tipo e quantidade de sujidade Composição da sujidade Concentração do detergente Temperatura de higienização Qualidade da água utilizada no enxágüe e na preparação das soluções Figura fatores FATORES QUE INTERFEREM NA HIGIENIZAÇÃO Superfícies sem polimento Superfícies com corrosão Curvas, Tês Válvulas, vedações Cantos, soldas Homogenizador Instrumentos Embutidos Bombas, pistões Dimensiona spray 16

42 Spray Balls em Tanques Verticais ci lindr o cúpul a A F S= 25 sujidade leve litros Qreq= DTx π x FS [L/min] F S= 27 sujidade média min x m (diâmetro) F S= 30 sujidade pesada Recomenda-se para pressão do spray ball: PSB design = (1,0) 1,5-2,0 (2,5) [bar] A altura de montagem "A" depende do ângulo de ação do Spray Ball (Normalmente entre 140 e 180 ). Vazao atual Vazão Atual do Spray Ball D RT D 2 RT x h A Qact. = 2826 x t [m3/h] fresh water tank recovery tank h1 CIP h2 supply Q act. deve ser >= Qreq h1= altura da solução antes de ligar a bomba h2= altura da solução após t segundos da bomba ha= h1- h2(altura efetiva consumida) DRT= diâmetro do tanque [m] [m] t = tempo de bomba ligada [sec] Press atual Pressão atual do Spray Ball psb act = p SB design [bar] psb act Hgeod Pi CIP supply psb act = Pi- Hgeod - p dyn [bar] line Perda de carga estimada das tubulações: - Cada 100m de tubulação = 1 bar - Cada 10m de elevação = 10 bar Vazao e velocidade 17

43 Vazão e Velocidade das Soluções nas Linhas Dp2 Qreq [m3 / h] 177 Vact= Qact 354 x A(t) Qact [m / sec][m / sec] DP2 Dp (diâmetro da tubulação em mm) A (t) (área da seção transversal do tubo) A velocidade ótima para limpeza é: Vact Vreq 2m/sec Exercicio final LEVANTAMENTO DE CAMPO Spray-ball modelo GCS JohnsonDiversey: 48 m3/h - 2,0 BAR º Com base no levantamento acima, avaliar: Qual é a melhor altura de fixação do Spray Ball? Qual é a vazão mínima recomendada para o Spray Ball? Qual deverá ser a pressão mínima da bomba de cip? Qual é a vazão recomendada para a bomba de retorno? A vazão da bomba é adequada para a limpeza das linhas? 18