ES2211642T3 - Procedimiento y dispositivo de esterilizacion de recipientes de envase. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para esterilizar recipientes de envase, donde mediante el empleo de una tobera se genera una mezcla caliente de desinfectante y vapor de agua, que se conduce a los recipientes de envase y se vuelve a retirar una vez que ha actuado sobre la superficie que se trata de esterilizar, caracterizado porque una tobera mezcladora se alimenta simultáneamente por separado con un desinfectante líquido y vapor de agua, porque mediante la tobera mezcladora se forma una mezcla de desinfectante nebulizado y/o evaporado y vapor de agua, y porque el chorro de mezcla que sale de la tobera mezcladora se dirige directamente sobre y/o dentro de un recipiente de envase.

Description

Procedimiento y dispositivo de esterilización de recipientes de envase.

La invención se refiere a un procedimiento para esterilizar recipientes de envase conforme al preámbulo de la reivindicación 1, así como un dispositivo adecuado para ello conforme al preámbulo de la reivindicación 13.

Ya se conoce un procedimiento de esta clase en el cual se introduce una mezcla de H_{2}O_{2}-vapor a través de una tobera binaria y de una cámara de calentamiento y una tubería a una cámara de esterilización (DE 39 00 448 A1). Los recipientes de envase, en forma de vasos cónicos de plástico, se hacen pasar a través de la cámara de esterilización donde son sometidos de forma difusa a la mezcla caliente de H_{2}O_{2}-vapor. Adicionalmente se insufla en la cámara de esterilización aire caliente cuyo fin es el de descomponer químicamente el H_{2}O_{2}. A continuación se aspiran los restos del medio de esterilización o de la mezcla fuera de la cámara de esterilización.

Este procedimiento conocido tiene un desarrollo muy complejo y en consecuencia, su realización resulta muy engorrosa. Debido a la introducción difusa, no dirigida, de la mezcla de H_{2}O_{2} en la cámara de esterilización, éste sólo resulta adecuado para recipientes de envase que tengan una boca relativamente grande pero no en cambio para recipientes de envase con boca pequeña, como son por ejemplo las botellas de plástico para bebidas, como las que cada vez se emplean más en la industria de las bebidas.

También se conoce ya un procedimiento especialmente preparado para la esterilización de botellas de PET, en el que se pulveriza continuamente dentro de un tubo por el que pasa aire comprimido y mediante una tobera de nebulización ácido peracético con una concentración del 0,1 al 1,5% (DE 198 08 318 A1). El aerosol que así se forma se calienta a continuación en un intercambiador de calor y finalmente se introduce en la botella de PET, colocada boca abajo, a través de tuberías y toberas de un solo componente. Tras esta intervención, el medio de esterilización se elimina rociando el interior de las botellas de PET con agua desmineralizada.

Con este procedimiento conocido se pueden esterilizar también recipientes de envase de cuello estrecho, si bien esto sólo se puede realizar con unos aparatos muy complejos. También resulta problemático el comportamiento en el caso de las inevitables interrupciones en el funcionamiento, durante las cuales el aerosol caliente se puede condensar en las largas tuberías que van a las toberas. Esto da lugar a que después de la interrupción se encuentren recipientes de envase que no estén completamente esterilizados.

La invención tiene como objetivo crear un procedimiento para la esterilización de recipientes de envase que se pueda desarrollar de forma sencilla y que funcione con seguridad, mediante el cual se puedan esterilizar también de manera segura recipientes de envase con un orificio de boca relativamente pequeño. Además se trata de presentar un dispositivo cuya construcción resulte económica para llevar a cabo el procedimiento.

Este objetivo se resuelve en cuanto al procedimiento mediante a las características de la reivindicación 1, y en cuanto al dispositivo mediante las características de la reivindicación 13.

En el procedimiento objeto de la invención, tanto la nebulización o evaporación como también el calentamiento del desinfectante líquido se efectúa exclusivamente al mezclarlo con vapor de agua. De esta manera se puede definir el calentamiento de forma sumamente sencilla, eligiendo la temperatura y el caudal de vapor de agua. La "dilución" del desinfectante que se produce al mismo tiempo se puede compensar también de forma sencilla incrementando correspondientemente la concentración inicial del desinfectante que llega a la tobera mezcladora, de manera que la mezcla que se condensa en los recipientes de envase que estarán preferentemente a temperatura ambiente tenga la concentración deseada.

Debido al rociado directo de la mezcla de desinfectante y vapor de agua en los recipientes de envase por medio de las toberas mezcladoras no se necesitan cámaras de calentamiento, tuberías, etc. en las que la mezcla se pudiera condensar. Por lo tanto existe la posibilidad de que las toberas mezcladoras trabajen de forma cíclica y las interrupciones de servicio incluso prolongadas no tienen repercusiones negativas. Diseñando adecuadamente las toberas mezcladoras y la forma del chorro resultante para la mezcla en forma de niebla, ésta se puede insuflar tanto en orificios de boca estrecha como también en una superficie amplia, sobre la pared exterior de los recipientes de envase. Igualmente se tiene la posibilidad de dosificar exactamente la mezcla rociada sobre un recipiente de envase, con lo cual el consumo llega a ser sumamente económico.

Unos perfeccionamientos ventajosos de la invención figuran en las sub-reivindicaciones.

A continuación se describe un ejemplo de realización de la invención sirviéndose de los dibujos. Éstos muestran:

Fig. 1 una vista en planta esquemática de un dispositivo para la esterilización de recipientes de envase,

Fig. 2 la sección AB según la figura 1, a mayor escala,

Fig. 3 el detalle X a mayor escala,

Fig. 4 la sección CD de la figura 1, a mayor escala,

Fig. 5 la sección EF de la figura 1, a mayor escala,

El dispositivo según las figuras 1 a 5 está preparado para esterilizar recipientes de envase en forma de botellas de PET para bebidas, denominados en lo sucesivo abreviadamente como botellas 1. Comprende esencialmente una máquina de inyección 5, una máquina de aclarado (Rinser) 6 y la cinta transportadora 7 que une entre sí las dos máquinas. Las botellas 1 que se trata de esterilizar se van alimentando al dispositivo en posición vertical mediante una cinta transportadora de alimentación 8; las botellas 1 ya esterilizadas se retiran del dispositivo en posición vertical mediante una cinta transportadora de evacuación 9.

La máquina de inyección 5 tiene un cuerpo fijo 10 sobre el cual descansa una mesa giratoria 11 con eje de giro vertical 12. En el perímetro de la mesa giratoria 11 van fijadas una serie de pinzas elásticas 13, uniformemente distribuidas, de acuerdo con la patente europea 721 808. Estas pinzas 13 sujetan las botellas 1 por debajo del gollete en posición vertical, y con la boca hacia arriba, mientras que giran junto con la mesa giratoria 11 sobre una trayectoria de arco de círculo. La alimentación y retirada de las botellas 1 en posición vertical a y de las pinzas 13 se efectúa por medio de un sinfín separador 14, una estrella de entrada 15, una estrella de salida 16 y un arco de guiado 17, tal como se describe con detalle en la citada patente europea 721 808. Sin embargo no se efectúa el volteo de las botellas en 180º. Éstas mantienen constantemente su posición vertical normal en la zona de tratamiento indicada sombreada.

Sobre la mesa giratoria 11 de la máquina de inyección 5 van fijadas además rígidamente una serie de toberas de pulverizado de dos componentes con un ángulo de rociado de unos 20º, denominadas en lo sucesivo de forma abreviada toberas mezcladoras 2. Dicho con mayor exactitud, sobre cada pinza 13 y en posición concéntrica a la botella 1 sujeta por aquélla va situada una tobera mezcladora 2 orientada verticalmente hacia abajo y a escasa distancia (aprox. 2 cm) respecto al orificio de la boca de la botella 1.

El primer canal 18 de cada tobera mezcladora 2 está en comunicación con un generador de vapor de agua fijo 24, a través de unas primeras tuberías 22, intercalando una primera válvula de mando 20 y un distribuidor rotativo 27 dispuesto concéntrico respecto al eje de giro 12. El generador de vapor de agua suministra vapor de agua con una sobrepresión de 2 bar y a una temperatura de 121ºC. El segundo canal 19 de cada tobera mezcladora 2 está comunicado por medio de unas segundas tuberías 23, intercalando una segunda válvula de mando 21 y el distribuidor rotativo 27 y una bomba 25, con un depósito de reserva fijo 26 para un producto desinfectante 3 que se encuentra a temperatura ambiente. Éste se compone de una solución acuosa con un 4% de un concentrado de desinfectante y un 0,04% de ténsido para mejorar la humidificación. Este desinfectante líquido 3 se conduce por medio de la bomba 25 a las toberas mezcladoras 2 con una sobrepresión de 2 bar. El desinfectante contiene como componente germicida 4000 ppm de H_{2}O_{2} y 2500 ppm de ácido peracético.

Con los dispositivos antes descritos de la máquina de inyección 5 se insufla en el interior de las botellas 1 una mezcla nebulosa a base de desinfectante líquido 3 y vapor de agua 4. Con el fin de esterilizar también la superficie exterior de las botellas 1, a continuación de la estrella de entrada 15 hay dispuestas varias toberas mezcladoras 2a fijas, a pequeña distancia y lateralmente respecto a la trayectoria del movimiento de las botellas 1. Salvo el distribuidor rotativo 27, que en este caso no se necesita, estas toberas mezcladoras 2a están comunicadas de la misma manera que las toberas mezcladoras 2, que giran con la mesa rotativa, por medio de tuberías 23 y válvulas de mando 21 con el depósito de reserva, y tienen orientación horizontal. Además están comunicadas por medio de tuberías 38 con una fuente de aire comprimido estéril.

La máquina de enjuagar 6 según las figuras 1 y 5 tiene una construcción parcialmente similar a la de la máquina de inyección 5 según las figuras 1 a 4. Por lo tanto las piezas que coinciden llevan la misma cifra de referencia, seguida del sufijo "a". En este caso, las pinzas elásticas 13a pueden bascular alrededor de unos ejes de giro horizontales 28 por medio de un mando de leva 29, tal como se describe con detalle en la memoria de patente europea número 721 808. Por lo tanto las botellas 1, durante la mayor parte de su movimiento de giro con la mesa giratoria 11, se encuentran boca abajo, es decir que el orificio de su boca apunta hacia abajo. En cambio en la zona de la estrella de entrada 15a y de la estrella de salida 16a están en su posición normal vertical.

El tratamiento de las botellas 1 en la máquina de aclarado 6 se efectúa por medio de toberas 30 dispuestas sobre la mesa giratoria 11a en correspondencia con las pinzas 13a, que se pueden introducir un poco en las botellas 1. Cada tobera 30 está conectada a través de sendas válvulas de mando 31, 32, 33 a un total de tres canales 34, 35, 36 que contienen diversos medios de aclarado. En el presente caso se trata de aire estéril, agua estéril y desinfectante líquido 3, preferentemente el mismo que en el depósito de reserva 26. La tobera 30 está realizada como tobera simple o múltiple, de manera que eventualmente, en las botellas 1 se pueden introducir simultáneamente diversos medios de aclarado.

La cinta transportadora 7 une la estrella de salida 6 de la máquina de inyección 5 con el sinfín de entrada 14a y la estrella de entrada 15a de la máquina de aclarado 6. Su longitud está dimensionada de tal manera que para el rendimiento normal del dispositivo se obtiene el tiempo de actuación deseado para la niebla de vapor de agua y desinfectante pulverizada dentro de la botella en la máquina de inyección 5. Durante el funcionamiento normal, la máquina de inyección 5, la cinta transportadora 7 y la máquina de aclarado 6 están accionadas síncronas entre sí por medio de unos órganos de accionamiento, que no están representados, de manera que se obtenga un transporte continuo y sin saltos de las botellas 1 desde el alimentador 8 hasta la retirada 9. El conjunto del dispositivo está situado dentro de una cámara 37, indicada mediante una línea de trazos y puntos, que contiene una atmósfera de aire estéril de la clase 100. De esta manera se evita que las botellas esterilizadas 1 se vuelvan a infectar.

Con el dispositivo antes descrito se lleva a cabo el procedimiento de esterilización descrito a continuación:

Una botella nueva 1 suministrada en posición vertical desde una máquina sopladora estiradora, no representada, se alimenta mediante la cinta alimentadora 8, se individualiza mediante el sinfín de separación 14 y se entrega por la estrella de entrada 15 a una pinza 13 de la máquina de inyección 5. Se encuentra ahora en la posición representada en las figuras 2 y 3, centrada debajo de la tobera mezcladora 2 correspondiente a la pinza 13, y que se encuentra a una distancia de 2 a 3 cm de la boca de la botella. A continuación se abren las dos válvulas de mando 20 y 21 de la tobera mezcladora 2 de forma síncrona mediante un período de tiempo de 1 a 2 segundos. Al mismo tiempo se alimenta la tobera mezcladora 2 simultáneamente desde el depósito de reserva 26 con desinfectante líquido 3, con la composición ya descrita, a temperatura ambiente y a una sobrepresión de 2 bar así como con vapor de agua suministrado por el generador de vapor 24 con una sobrepresión de 2 bar y una temperatura de 121ºC. Al salir de los canales 18, 19 de la tobera mezcladora 2, se produce una mezcla intensiva de los dos componentes, formándose un chorro mixto rico en energía, a una temperatura de aprox. 60-80ºC y con un ángulo de apertura de unos 20º. El chorro mixto contiene esencialmente desinfectante finamente nebulizado, vapor de agua y eventualmente desinfectante evaporado y gotitas de agua. Debido al aumento de temperatura o aportación de calor de efecto catalítico se produce una activación óptima del desinfectante 3.

La tobera mezcladora 2 está dispuesta y realizada de tal manera que el chorro mixto producido por ella penetra esencialmente en dirección vertical hacia abajo, a través del orificio de la boca al interior de la botella 1, llenándola totalmente. Puesto que la botella 1 está sólo a temperatura ambiente, la mayor parte de la mezcla se precipita inmediatamente en forma de finísimas gotitas sobre la pared interior de la botella, formando una película de condensado cerrada, de alto efecto germicida. Al mismo tiempo la temperatura interior de la botella 1 aumenta debido al escaso contenido de calor del conjunto de la mezcla inyectada, subiendo a unos 45ºC.

Mediante el proceso antes descrito se desplaza además el aire ambiente contenido originalmente en la botella 1 en su mayor parte fuera del interior de la botella. Al final de los 1,5 segundos de tiempo de pulverizado se cierran síncronamente las dos válvulas de mando 20, 21. Los 1,5 segundos de tiempo de rociado descritos ocupan la zona de giro de la mesa giratoria 11 señalada con rayado cruzado en la figura 1. A continuación sigue un tiempo de actuación de 5 segundos, que está marcado por la zona de rayado simple de la mesa giratoria 11. Durante este tiempo, el desinfectante 3 pulverizado sobre la pared interior de la botella ejerce una intensa actividad germicida. Al mismo tiempo se trata también la zona exterior de la boca de la botella por la mezcla que se sale.

En la fase final de la zona de giro de la botella 1 con la mesa giratoria 11 vuelve a efectuarse de la misma manera un rociado con una duración de 1,5 segundos de una mezcla de desinfectante y vapor de agua, a través de la misma tobera mezcladora 2. Entones la botella se calienta por el interior a unos 58ºC. Por lo tanto no se alcanza ni con mucho la temperatura crítica para botellas de PET de unos 65ºC. A continuación, la estrella de salida 16 y el arco de guiado 17 cogen la botella 1 y la depositan sobre la cinta transportadora 7. Sigue entonces un tiempo de actuación que depende de la longitud de la cinta transportadora 7, que se puede variar según la clase de botella, del efecto de esterilización deseado y del desinfectante empleado, y que está preferentemente dentro del campo de 5 a 10 segundos.

Debido a la aplicación directa sobre el interior de la botella mediante la tobera mezcladora 2 y al control exacto del tiempo puede conseguirse una dosificación exacta del desinfectante introducido 3 y del vapor de agua 4. Así por ejemplo, al esterilizar una botella de PET de 1,5 litros, empleando los parámetros citados y con una tobera mezcladora 2 debidamente dimensionada, durante la fase de rociado de 1,5 segundos de duración se inyectan en la botella 1, respectivamente, 3,4 ml de desinfectante 3 y 1,4 g de vapor de agua 4. Para un rendimiento de 19.000 botellas/hora se obtiene por lo tanto un consumo horario de 129,2 litros de desinfectante 3 y de 53,2 kg de vapor 4. La tasa permitida que puede conseguirse está entre el 99,99% y el 99,999%, según la clase de gérmenes de ensayo empleados. Esto satisface todos los requisitos para el envasado estéril de bebidas en botellas de PET.

A esto hay que añadir eventualmente un consumo de unos 33 litros por hora de desinfectante 3 para la esterilización exterior de las botellas 1 mediante las toberas 2a en la zona de entrada de la mesa giratoria 11, mediante la cual se evita con seguridad la eventual reinfección del interior de la botella debido a gérmenes depositados sobre la superficie exterior de la botella.

Al final de la cinta transportadora 7, la botella 1 que lleva por el interior y por el exterior una película de desinfectante es individualizada por el sinfín de entrada 14a y entregada en posición normal vertical a una pinza 13a de la máquina de aclarado 6. A continuación, la pinza 13a es girada 180º por el sistema de mando 29 durante la rotación de la mesa giratoria, de manera que la botella 1 finalmente queda con su boca verticalmente hacia abajo. Al mismo tiempo la tobera 30 penetra algunos milímetros dentro de la boca de la botella (figura 5). Mediante la correspondiente activación de las válvulas de mando 31, 32 y 33 se inyecta ahora, en primer lugar, durante un breve tiempo desinfectante líquido dentro de la botella 1 (zona con rayado cruzado) y a continuación se aclara la botella 1 alternativamente con agua estéril y aire estéril (zona de sombreado simple), hasta haber eliminado prácticamente en su totalidad los últimos restos de desinfectante de la botella 1. A continuación se vuelve a voltear la botella 1 a su posición normal, es cogida por la estrella de salida 16a y depositada sobre la cinta transportadora de salida 9 en posición normal vertical. Desde allí se transporta a una máquina de envasado estéril y cierre, que no está representada, concretamente dentro de una atmósfera exenta de gérmenes o pobre en gérmenes, tal como reina dentro de la cámara 37.

En lugar de la cinta transportadora 7, para el transporte de las botellas 1 se pueden utilizar también una o varias estrellas de transporte que lo hagan con el paso correcto. Mediante esta construcción en bloque, la máquina de inyección 5 y la máquina de aclarado 6 se pueden disponer inmediatamente contiguas ocupando un espacio mínimo. También existe la posibilidad de entregar las botellas 1 directamente por la estrella de salida 16a de la máquina de aclarado a la estrella de entrada de la máquina de llenado y cierre. Con esta construcción y dimensionando adecuadamente las estrellas transportadoras se pueden conseguir también los tiempos de tratamiento o actuación deseados. En particular, cuando los requisitos de esterilidad son menores cabe también imaginar que las toberas mezcladoras 16 estén situadas sobre una mesa giratoria que gire junto con la estrella de entrada 15a de la máquina de aclarado 6, en cuyo caso se sitúa el tiempo de actuación en la zona de la mesa giratoria 11a. Gracias a la aplicación directa sobre las botellas de la mezcla de desinfectante y vapor de agua, que sale de las botellas mezcladoras 10, se consigue en todos los casos un tratamiento de esterilización económico, fiable y reproducible.

Claims (19)

1. Procedimiento para esterilizar recipientes de envase, donde mediante el empleo de una tobera se genera una mezcla caliente de desinfectante y vapor de agua, que se conduce a los recipientes de envase y se vuelve a retirar una vez que ha actuado sobre la superficie que se trata de esterilizar, caracterizado porque una tobera mezcladora se alimenta simultáneamente por separado con un desinfectante líquido y vapor de agua, porque mediante la tobera mezcladora se forma una mezcla de desinfectante nebulizado y/o evaporado y vapor de agua, y porque el chorro de mezcla que sale de la tobera mezcladora se dirige directamente sobre y/o dentro de un recipiente de envase.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de mezcla entre el desinfectante líquido y el vapor de agua es de aprox. 2:1.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el vapor de agua que alimenta la tobera mezcladora tiene una presión de aprox. 2 bar y una temperatura de aprox. 121 grados Celsius.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el desinfectante alimentado a la tobera mezcladora está a temperatura ambiente.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los recipientes de envase están a temperatura ambiente antes de quedar expuestos al chorro de mezcla que sale de la tobera mezcladora.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el desinfectante conducido a la tobera mezcladora está formado por una solución acuosa de H_{2}O_{2}, ácido peracético y eventualmente un ténsido.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el tiempo de rociado de la tobera mezcladora es de 1 a 2 segundos por recipiente de envase.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el tiempo de actuación de la niebla de desinfectante-vapor que se condensa sobre el recipiente de envase es de unos cinco a diez segundos.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque antes de retirar el condensado precipitado sobre el recipiente de envase se efectúa un aclarado de los recipientes de envase con desinfectante líquido.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la botella y la tobera mezcladora correspondiente a ésta se encuentran relativamente detenidos entre sí durante el insuflado de la mezcla de desinfectante-vapor de agua.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la botella y la tobera mezcladora correspondiente realizan un movimiento de traslación continuo común durante el insuflado de la mezcla de desinfectante-vapor de agua.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el chorro de mezcla se insufla directamente por la tobera mezcladora al interior del recipiente de envase, preferentemente a través del orificio de su boca.

13. Dispositivo para realizar el procedimiento según la reivindicación 1, con un transportador para los recipientes de envase que se trata de esterilizar y por lo menos una tobera, caracterizado porque por lo menos una tobera mezcladora (2) está dirigida directamente sobre los recipientes de envase (1) transportados por el transportador (11), porque un primer canal (18) de la tobera mezcladora (2) está en comunicación a través de una primera tubería (22) y una primera válvula de mando (20) con un generador de vapor de agua (28), y un segundo canal (19) de la tobera mezcladora (2) está en comunicación a través de una segunda tubería (23) y una segunda válvula de mando (21) con un depósito de almacenamiento (26) para un desinfectante líquido (3), y porque al abrirse simultáneamente las válvulas de mando (20, 21) la tobera mezcladora (2) forma una mezcla de desinfectante nebulizado y/o evaporado y vapor de agua.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque la tobera mezcladora está realizada como tobera pulverizadora de dos componentes.

15. Dispositivo según la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque la tobera mezcladora (2) está dirigida sobre el orificio de la boca de un recipiente de envase (1).

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque el transportador (11) transporta los recipientes de envase (1) en posición vertical y en dirección horizontal, y la tobera mezcladora (2) está dirigida verticalmente hacia abajo sobre el recipiente de envase (1).

17. Dispositivo según la reivindicación 18, caracterizado porque el transportador (11) tiene accionamiento continuo, y por estar previstas varias toberas mezcladoras (2) que marchan junto con el transportador (11).

18. Dispositivo según la reivindicación 19, caracterizado porque el transportador (11) está realizado como rotor que en su perímetro lleva varias sujeciones (13) para los recipientes de envase (1), y porque sobre el transportador (11) están dispuestas varias toberas mezcladoras, por lo menos una encima de cada sujeción (13).

19. Dispositivo según la reivindicación 18, caracterizado porque las válvulas de mando asignadas a cada tobera mezcladora (2) están dispuestas sobre el transportador (11) y están unidas al generador de vapor de agua (24) y al depósito de reserva (26) a través de tuberías (22, 23) y de un distribuidor rotativo intercalado (27).