Rachel es gerente de producción en una empresa láctea estadounidense de tamaño mediano. Le gusta su trabajo, pero un problema recurrente la frustra, y el caso más reciente fue muy costoso para la empresa.
Las pruebas de laboratorio de un lote de yogur mostraron que el pH estaba fuera de rango y que el yogur no se podía usar. La mitad del lote ya estaba empaquetado y tenía que ser triturado.
Lo que empeoró las cosas fue que el lote era para una marca de yogur lanzada recientemente. La nueva marca fue un gran éxito, y la pérdida del lote significaría estantes vacíos en algunas de las tiendas de sus clientes.
Además de esto, debido a la popularidad de la nueva línea, Rachel y su equipo tienen la tarea de aumentar la producción con el mismo equipo que han estado usando durante años. Además, la dirección exige que ganen el desafío de la producción sostenible reduciendo el consumo de energía. Este fue un problema difícil de resolver.
También tenía dificultades para encontrar personas capacitadas con experiencia en tareas como muestreo y medición en las que pudiera confiar para ayudarla a tomar las decisiones de producción correctas.
Después de investigar un poco, Rachel encontró algo que podría no resolver todos sus problemas, pero resolvería muchos de ellos y definitivamente detendría los lotes de yogur fuera de especificación.
Pero antes de llegar a eso...
Muestreo: solo un instante...
El muestreo se relaciona con el control de calidad: no tiene nada que ver con el control de procesos y menos aún con la automatización de procesos. No ahorra tiempo ni esfuerzo, por lo que no ayuda a que las plantas de alimentos y bebidas sean más productivas o más eficientes.
El pH juega un papel esencial en la producción de alimentos y bebidas, ya que el nivel de pH afecta la velocidad y la amplitud de las reacciones durante muchos procesos de producción. Por lo tanto, el control del pH es fundamental tanto para la calidad del producto como para el control del proceso.
Por lo general, se toma una muestra cada 20 minutos o hasta una vez por hora durante la producción. Esto proporciona información valiosa sobre la calidad del producto y el proceso, pero solo hasta el momento en que se toma la muestra. Entonces, la muestra es solo una instantánea de lo que ya ha sucedido en el proceso.
Los gerentes de producción solo pueden intentar influir en el proceso posterior en función de la información de esa instantánea.
... y altamente propenso a errores
Además, los resultados pueden estar sujetos a errores significativos: la muestra puede cambiar entre ser extraída y analizada.
Cualquier retraso en la ejecución de la prueba, incluso una simple llamada telefónica realizada por el empleado del laboratorio encargado de la medición, puede dar lugar a un resultado falso; o bien, una muestra se asigna al tanque equivocado debido a la falta de atención; o... o... o. Las fuentes de error son muchas.
Sensores de vidrio e ISFET: ninguno es satisfactorio
Conocer el pH en cualquier punto del proceso permite acelerar, ralentizar, equilibrar o incluso detener el proceso cuando se alcanza el valor deseado. Los sensores de pH en línea se pueden utilizar para medir el pH durante todo el proceso, desde que se entrega la leche hasta que se envasa el producto final.
Sin embargo, hasta ahora, ningún sensor de pH en línea ha podido cumplir plenamente con las expectativas de la industria de alimentos y bebidas:
Los sensores de pH en línea tradicionales utilizan una membrana de vidrio. El problema es obvio: el vidrio puede romperse durante la manipulación, la limpieza in situ (CIP) o incluso por estar en el proceso, por ejemplo, cuando los componentes sólidos en el medio, como los grumos de hielo durante la producción de helados, dañan o rompen completamente el vidrio.
Transistor de efecto de campo sensible a iones (ISFET) fue la siguiente tecnología en el mercado. Los sensores ISFET no están hechos de vidrio, sino que tienen un chip con una superficie sensible al pH. A primera vista, esto los hace más adecuados para la producción de alimentos que los sensores de vidrio tradicionales, pero los chips no son muy robustos y los sensores requieren una calibración frecuente. Esto da como resultado intervalos de mantenimiento cortos y muchas interrupciones de la producción. Más que eso, los sensores ISFET no toleran CIP.
No es de extrañar que la medición del pH en línea no se haya afianzado en la industria de alimentos y bebidas.
Hasta ahora.
El InPro X1: una nueva era en la medición del pH
Creemos que la medición de pH en línea es el futuro de la industria de alimentos y bebidas. Permite a nuestros clientes controlar y automatizar completamente sus procesos, ser más productivos, utilizar sus equipos de manera más eficiente y sostenible, y realizar un seguimiento de cada segundo del proceso. Por eso nos propusimos desarrollar un sensor de pH en línea que fuera tan preciso como un sensor de vidrio pero súper robusto, dice Balz Aebli, director de producto de METTLER TOLEDO.
Tardó varios años en desarrollarse, pero ahora es el primer sensor de pH en línea robusto y resistente a CIP del mundo: el InPro X1™ HLS. Su precisión es al menos tan buena como la de los mejores sensores en línea y de laboratorio, y elimina la necesidad de medir el pH con muestras de agarre.
Es realmente un cambio de juego, dice Balz. Durante décadas, la industria láctea ha estado pidiendo un sensor de pH seguro y en línea que tolere el CIP. Ahora tienen uno.
Sensor de pH irrompible para la máxima seguridad de producción
Durante décadas, la industria de alimentos y bebidas ha estado buscando un sensor de pH en línea seguro para los alimentos que resista los procesos de limpieza. Como se detalla en este documento técnico, el InPro X1 proporciona exactamente esto.
Comprender el proceso de fermentación
El gráfico ilustra el proceso de fermentación en la producción de yogur, mostrando la interacción entre el pH, la temperatura y la acidez a lo largo del tiempo.
La curva azul oscuro representa el valor del pH, que disminuye a medida que los cultivos metabolizan el azúcar y producen ácidos, lo que indica una mayor acidez esencial para la calidad del yogur.
La curva azul claro rastrea la temperatura del yogur, que es crucial para controlar la velocidad de fermentación y lograr el producto final deseado.
Las marcas verdes indican los valores de acidez medidos por la muestra , que sirven como puntos de control para garantizar que el proceso de fermentación cumpla con las especificaciones.
A medida que avanza el proceso, el sensor de pH en línea informa todo lo que ve.
Aproveche al máximo las ventajas de la medición en línea
Al medir en línea con el nuevo InPro X1, los gerentes de producción como Rachel ya no tienen que depender de muestras tomadas solo cada 20 minutos. En cualquier punto del proceso de producción, ahora tienen información confiable y en tiempo real sobre el valor de pH actual.
El monitoreo continuo hace que todo el proceso sea transparente, y el operador puede intervenir activamente y ajustar si el progreso es demasiado lento o demasiado rápido. Se puede lograr aún más estableciendo umbrales: se puede activar automáticamente una reacción en el sistema cuando estos umbrales se alcanzan, exceden o caen por debajo. Así, todo el proceso puede automatizarse.
Mayor eficiencia y calidad del producto
Holger Schmidt, gerente de la industria de alimentos y bebidas, explica: El gerente de producción puede establecer parámetros y valores límite dentro del sistema de control. Por ejemplo, en la producción de yogur, una vez que el tanque está lleno, se dosifica el cultivo y, a medida que avanza la fermentación, el pH disminuye. El InPro X1 proporciona constantemente una lectura de pH y cuando el pH alcanza el nivel deseado, el tanque se puede enfriar, deteniendo la fermentación.
Además de mejorar la calidad y la seguridad del producto, un proceso de producción perfectamente regulado es más rápido y eficiente, ya que los tiempos de producción y la temperatura se controlan con precisión. Esto garantiza una utilización óptima del equipo al tiempo que reduce el consumo de energía y el uso de recursos.
Mejor seguridad de los procesos
Los errores en el proceso, como la contaminación por bacterias o agentes de limpieza, también se pueden detectar de inmediato.
Gracias a la medición en línea, también es posible determinar si se ha entregado leche potencialmente agria, ya que se analiza toda la leche, no solo muestras individuales.
Lo mismo se aplica si la leche se ha almacenado en tanques de almacenamiento intermedios. Un punto de control crítico (PCC) antes del envasado garantiza que no se incluyan accidentalmente detergentes de limpieza en el producto terminado.
Trazabilidad
La trazabilidad de la calidad de la leche entrante es una gran ganancia para la calidad del proceso, dice Holger. Vemos esto en una lechería alemana donde el InPro X1 mide toda la leche entrante, no solo las muestras de cada sección del tanque. Si hay un retraso en la descarga de la leche, puede obtener una separación en las secciones del tanque y, por lo tanto, es posible que una muestra no sea representativa. La medición continua con el InPro X1 lo detecta todo.
Gracias a la supervisión de la producción en línea, cada paso del proceso, desde la entrega de la materia prima hasta el envasado, es totalmente trazable. Esto es particularmente importante para las empresas comprometidas con la Iniciativa Global de Seguridad Alimentaria. En el caso de la lechería alemana mencionada, la integración de la información y su almacenamiento con el lote también permite una trazabilidad completa desde la granja hasta la forma.
Protección de equipos
Los usuarios de InPro X1 también se benefician cuando se trata de proteger su equipo. Basado en el caso de un cliente, Holger explica:
Durante el procesamiento del suero, el cliente utiliza la medición de pH del InPro X1 para determinar si el suero sigue siendo dulce. Luego, el suero pasa a través de un sistema de filtración. Durante la limpieza, las mediciones del InPro X1 se utilizan para rastrear la concentración cáustica. Si el pH supera los 11, las membranas del equipo de filtración podrían dañarse y tendrían que ser reemplazadas.
Existen aplicaciones similares con clientes en Nueva Zelanda y EE. UU., en estos casos para la lactosa, y el primer fabricante de equipos ha comenzado a implementar el InPro X1 para mejorar la automatización de procesos y la satisfacción del cliente.
Cientos de mediciones correctas promedian el ruido
La medición en línea muestra exactamente lo que sucede durante y en cada etapa del proceso, con la misma precisión y precisión que la medición de la muestra en el laboratorio.
No es de extrañar que la medición del pH en línea ya esté bien establecida en industrias como la química y la farmacéutica. Sin embargo, lo que a menudo irrita a los usuarios en la industria de alimentos y bebidas es el ruido visible en la lectura del sistema de control.
Esto se debe a que un medio como la leche no es una masa homogénea. El InPro X1 detecta todas las variaciones, incluso el ruido de señal no deseado causado por las burbujas de gas. InPro X1 limpia los datos, por lo que solo obtiene la medición precisa del pH.
El X-Chip: el corazón del InPro X1
El X-Chip, una tecnología completamente nueva que supera a todas las tecnologías de detección de pH existentes, es el sensor real y el corazón del InPro X1. Ubicado en una punta de titanio, el X-Chip está en contacto directo con el medio y utiliza el mismo principio de medición potenciométrica que el vidrio sensible al pH. Sin embargo, la superficie de silicato de litio del X-Chip está unida a una capa de metal en una construcción compuesta y es muy robusta.
Un sensor de temperatura está ubicado cerca del X-Chip para la compensación de temperatura, y el cuerpo del sensor está hecho de polímero PEEK de grado alimenticio muy resistente.
InPro X1 es uno de nuestrossensores de gestión inteligente de sensores (ISM™). Una de las principales ventajas de ISM es que la señal de medición analógica se convierte en el sensor en una señal digital robusta que no sufre pérdidas del sensor al transmisor.
El InPro X1 se instala permanentemente en el equipo, lo que reduce los costos de instalación y operación. Está diseñado no solo para tolerar sino también para apoyar la limpieza CIP, ya que no se ve afectado por los cambios rápidos de temperatura, es resistente a todos los medios de limpieza y, por lo tanto, se puede utilizar para indicar la actividad de limpieza del cáustico.
El sensor siempre muestra el valor de pH actual en el equipo. Y gracias al CIP, siempre está al mismo nivel higiénico que el resto del sistema y listo para su uso cada vez que se pone en funcionamiento, explica Balz.
Sección transversal de InPro X1
Descubra el diseño innovador del sensor de pH digital InPro X1 a través de este detallado vídeo de sección transversal.
¿Sensores de pH utilizados como baquetas? ¡Seguro que no!
"¡Hicimos todo lo posible para romperlo!"
Nos divertimos mucho tratando de romper el InPro X1, dice Balz. Los tiramos al otro lado de la habitación, los dejamos caer desde un techo, pasamos por encima de ellos e incluso usamos dos sensores como baquetas.
Con más de mil InPro X1 en uso por clientes de todo el mundo, no se han registrado daños mecánicos. El sensor incluso pasó la prueba de caída MIL-STD-810H, un procedimiento riguroso definido por el ejército de los EE. UU.
Rendimiento sólido
La robustez del sensor es especialmente útil en medios de alta viscosidad. Holger Schmidt da dos ejemplos:
La mantequilla agria tarda un tiempo en pasar por la primera etapa de la máquina para hacer mantequilla. Durante este tiempo, los cultivos añadidos en la entrada tienen tiempo para actuar y reducir el valor del pH. Al controlar el resultado en línea, es posible aplicar la dosificación de cultivos antes de la segunda mitad del proceso de untado, ahorrando tiempo.
Los clientes en Inglaterra ya han aplicado con éxito esta opción de control. El sensor también funciona en la producción de queso mozzarella, donde hay una viscosidad aún mayor. En un cliente italiano, el InPro X1 controla el pH y avisa con antelación si el producto no está dentro del rango de pH deseado.
Holger Schmidt, Industry Manager for Food & Beverage Industry
Totalmente compatible y fácil de manejar
El InPro X1 es totalmente compatible con los equipos existentes. Se puede adaptar fácilmente mediante un accesorio de proceso sencillo como InFit 761/NC de METTLER TOLEDO.
Montada con una conexión Ingold, SMS, DIN11851, abrazadera o Varinline, la instalación cuenta con las certificaciones 3A y EHEDG, y es fácil de limpiar.
Gracias a otra característica de ISM, las herramientas de diagnóstico predictivo, los días restantes hasta que se debe realizar la calibración y el reemplazo del sensor se muestran en el transmisor conectado, por lo que los trabajos de mantenimiento se pueden programar durante los tiempos de no producción, evitando interrupciones no planificadas del proceso.
Después de 80 años, por fin, un sensor en línea fiable
Rachel, la directora de producción, está impresionada por las posibilidades que ofrece el InPro X1 y su alta precisión y robustez.
La tecnología X-Chip, desarrollada íntegramente por METTLER TOLEDO, es la primera innovación en el mercado de sensores de pH para la industria de alimentos y bebidas después de unos 80 años de vidrio y 40 años de tecnología ISFET. El sensor marca el comienzo de una nueva era: por primera vez, la medición del pH en línea en la producción láctea y otras producciones de alimentos es fiable y segura, en todos los sentidos.
Procesos de producción precisos y más rápidos
Rachel quiere que sus productos lácteos cosechen los beneficios de la medición del pH en línea. Los procesos de producción más precisos y rápidos permitirían a su equipo producir más en el mismo período y sin afectar la calidad. Menos mantenimiento haría que su producción fuera aún más eficiente, y la gerencia apreciaría la mejora de la relación costo/calidad/rendimiento.
Está particularmente impresionada con la capacidad de rastrear el 100% del proceso de producción y la facilidad de uso del sensor. Para Rachel, los lotes de yogur perdidos debido a un pH fuera de especificación serán cosa del pasado.
¿Está interesado en utilizar el InPro X1 en su producción?
Esta guía de procedimientos recomendados de funcionamiento explica cómo usar y mantener correctamente los sensores de pH. En la guía también se describe cómo se puede obtener un mayor rendimiento y precisión de medición gracias a la plataforma de sensor digital Intelligent Sensor Management (ISM®) de METTLER TOLEDO.
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