ES2335479T3 - Unidad para esterilizar material en forma de banda en una maquina para envasado de productos alimenticios vertibles. - Google Patents
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Abstract
Una unidad (3) de esterilización para esterilizar una banda (2) continua de material de envasado en una máquina (1) para envasar productos alimenticios vertibles, comprendiendo la unidad de esterilización: un baño (7) que contiene un agente esterilizador, dentro del cual se introduce de forma continua la citada banda (2) continua; un entorno (30) aséptico que comprende una cámara (8) de procesamiento conectada a una salida (12) de dicho baño (7) y que alberga medios (17) de secado para eliminar el agente esterilizador residual de dicha banda (2) continua; y una cámara (25) aséptica que se comunica con dicha cámara (8) de procesamiento a través de una abertura (27) para el paso de dicha banda (2) continua, y en la cual dicha banda (2) continua se dobla y se sella longitudinalmente para conformar un tubo (29), el cual se llena de forma continua del producto a envasar; los citados medios (17) de secado que comprenden al menos una tobera (22) para dirigir una corriente de aire estéril sobre dicha banda (2) continua; y un circuito (24) de procesamiento de aire para controlar las condiciones de procesamiento dentro de dicho entorno (30) aséptico, y que comprende medios (40) de aspiración para aspirar aire de dicha cámara (8) de procesamiento; y medios (41) de procesamiento de aire que comprenden primeros medios (45) de calentamiento, y primeros medios (55, 56) de suministro para introducir aire estéril en el interior de la citada cámara (25) aséptica; caracterizada porque comprende segundos medios (54) de suministro para suministrar aire estéril procedente de dichos medios (41) de procesamiento de aire a dicha tobera (22); y segundos medios (69) de calentamiento asociados con dichos segundos medios (54) de suministro para controlar la temperatura del aire suministrado a dicha tobera (22).
Description
Unidad para esterilizar material en forma de
banda en una máquina para envasado de productos alimenticios
vertibles.
El presente invento se refiere a una unidad para
esterilizar material suministrado en forma de banda continua en una
máquina para envasado de productos alimenticios vertibles.
Se conocen máquinas para envasar productos
alimenticios vertibles - tales como zumo de frutas, vino, salsa de
tomate, leche pasteurizada o de almacenamiento largo (UHT), etc. -,
en las cuales los envases se conforman a partir de un tubo continuo
de material de envasado definido por una banda continua sellada
longitudinalmente.
El material de envasado tiene una estructura
multicapa que comprende una capa de material de papel cubierta en
ambos lados por capas de material termo-soldable,
por ejemplo, polietileno. Y, en el caso de envases asépticos para
productos de almacenamiento largo, por ejemplo leche UHT, el
material de envasado comprende una capa de material de barrera
definida, por ejemplo, por papel de aluminio, y que está superpuesta
sobre una capa de material plástico termo-soldable
y está a su vez cubierta por otra capa de material plástico
termo-soldable que define finalmente la cara
interna del envase y que, por lo tanto, está en contacto con el
producto alimenticio.
Para producir envases asépticos, la banda
continua de material de envasado se desenrolla de una bobina y se
hace pasar a través de una unidad de esterilización, dentro de la
cual es esterilizada mediante, por ejemplo, inmersión en un baño de
agente esterilizador líquido, tal como una disolución concentrada de
peróxido de hidrógeno y agua.
Más en concreto, la unidad de esterilización
comprende un baño lleno, durante el funcionamiento, del agente
esterilizador, dentro del cual se introduce de forma continua la
banda continua. El baño comprende convenientemente dos ramales
paralelos verticales conectados en la parte inferior para definir
una trayectoria en forma de U suficientemente larga para garantizar
que el material de envasado es tratado durante un intervalo de
tiempo suficiente. Para un tratamiento efectivo en un tiempo
relativamente corto y, por lo tanto, para reducir el tamaño de la
cámara de esterilización, se debe mantener el agente esterilizador a
una temperatura alta, por ejemplo, alrededor de 70ºC.
La unidad de esterilización comprende también
una cámara de procesamiento situada por encima del baño, y dentro
de la cual se seca la banda continua de material de envasado; y una
cámara aséptica, dentro de la cual la banda continua se dobla y se
sella longitudinalmente para conformar un tubo, el cual se llena a
continuación con el producto a envasar. Más en concreto, en la
cámara de procesamiento, la banda continua es procesada para
eliminar todo el agente esterilizador residual, estando regulada la
cantidad aceptable de dicho agente por normas estrictas (siendo la
cantidad máxima permisible de alrededor de unas pocas fracciones de
una parte por millón).
Un procesamiento de este tipo comprende
normalmente una eliminación mecánica de cualquier gota existente
sobre el material, seguida por un secado con aire.
Las gotas se pueden eliminar, por ejemplo,
haciendo pasar el material a través de un par de rodillos de
escurrido convenientemente situados cerca de la entrada a la cámara
de procesamiento, y aguas abajo de los cuales el material todavía
está cubierto por una película de agente esterilizador, pero no
tiene ninguna gota macroscópica.
El secado se puede realizar dirigiendo chorros
de aire estéril sobre el material.
Antes de que salga de la cámara aséptica, la
banda continua se dobla para formar un cilindro y se sella
longitudinalmente para formar, de una manera conocida, un tubo
vertical continuo, sellado longitudinalmente. En otras palabras, el
tubo de material de envasado forma una extensión de la cámara
aséptica, y se llena de forma continua con el producto alimenticio
vertible y se envía a continuación a una unidad de conformado y
sellado (transversal) para conformar los envases individuales, y en
la cual el tubo se sujeta y se sella transversalmente entre pares
de mordazas para conformar envases asépticos con forma de
almohada.
Los envases con forma de almohada se separan
cortando las juntas entre dichos envases, y se envían a continuación
a una estación de doblado final en la que se doblan mecánicamente a
su forma terminada.
Máquinas de envasado del tipo antes descrito se
usan mucho y de forma satisfactoria en una amplia variedad de
industrias alimentarias para producir envases asépticos a partir de
material de envasado en forma de banda continua. Las prestaciones
de la unidad de esterilización, en concreto, garantizan una amplia
conformidad con las normas que regulan la esterilidad de los
envases y la cantidad de agente esterilizador residual.
Sin embargo, en la propia industria se siente la
necesidad de una mejora adicional, en concreto en lo que se refiere
al control de la temperatura del aire utilizado para secar la banda
continua de material de envasado dentro de la unidad de
esterilización.
De hecho, los ensayos han mostrado que, además
de secar la banda continua, el tratamiento con aire caliente
localizado a la salida del baño de agente esterilizador mejora de
forma sinérgica la efectividad del agente esterilizador.
En máquinas conocidas, las condiciones de
presión y temperatura en la cámara de procesamiento y en la cámara
aséptica están controladas normalmente por un circuito cerrado de
procesamiento de aire, el cual aspira aire de la cámara de
procesamiento y lo introduce de nuevo en la cámara aséptica, cuya
temperatura está controlada por un sensor. La corriente de aire
dirigida sobre el material de envasado puede ser generada por
"cuchillas de aire" alimentadas con aire procedente de la
cámara estéril, por ejemplo, por medio de un conducto de
recirculación, como se describe en el documento
EP-A-1 050 467.
Dado que en esta solución la temperatura del
aire suministrado por las cuchillas de aire no se puede regular de
forma independiente, es extremadamente difícil conseguir un
equilibrio de parámetros de procesamiento diseñado para optimizar
simultáneamente el secado y la eficiencia de esterilizado ("tasa
de exterminio").
En una solución conocida alternativa el secado
se realiza en un canal de secado inferior, a través del cual se
hace pasar el material procedente de la cámara de procesamiento al
interior de la cámara aséptica. Sin embargo, también en este caso,
no hay un ajuste independiente de la temperatura del aire en el
interior del canal de secado.
Otro problema relacionado con el mal control de
la temperatura del aire introducido en la cámara aséptica es el
riesgo, en ciertas condiciones de funcionamiento, de sobrecalentar
el material de envasado, produciendo de esta manera una formación
de burbujas ("blistering") entre las capas.
Es un objetivo del presente invento proporcionar
una unidad para esterilizar material de envasado, diseñada para
eliminar los inconvenientes antes mencionados típicamente asociados
a las unidades conocidas.
De acuerdo con el presente invento, se
proporciona una unidad de esterilización para esterilizar una banda
continua de material de envasado en una máquina para envasar
productos alimenticios vertibles, comprendiendo la unidad de
esterilización:
un baño que contiene agente esterilizador,
dentro del cual la banda continua se introduce de forma
continua;
una cámara de procesamiento conectada a una
salida de dicho baño y que alberga medios de secado para eliminar
agente esterilizador residual de la citada banda continua;
comprendiendo dichos medios de secado al menos una tobera para
dirigir una corriente de aire estéril sobre la citada banda
continua;
una cámara aséptica que se comunica con la
citada cámara de procesamiento a través de una abertura para el paso
de la mencionada banda continua, y dentro de la cual dicha banda
continua se dobla y se sella longitudinalmente para formar un tubo
que se llena de forma continua con el producto a envasar; y
un circuito de procesamiento de aire para
controlar las condiciones de procesamiento en dicho entorno
aséptico, y que comprende medios de aspiración para aspirar aire de
la citada cámara de procesamiento; y medios de procesamiento de aire
que comprenden primeros medios de calentamiento, y medios para
introducir aire estéril en el interior de la citada cámara
aséptica;
caracterizado porque comprende medios de
suministro para suministrar aire estéril procedente de dichos medios
de procesamiento de aire a la citada tobera; y segundos medios de
calentamiento asociados a dichos medios de suministro y para
controlar la temperatura del aire suministrado a la citada
tobera.
Por lo tanto, la temperatura del aire
introducido en la cámara aséptica y del aire emitido por la tobera
para secar la banda continua se pueden controlar de forma efectiva
e independiente en cualquier condición de funcionamiento para
conseguir un secado y una esterilización óptimos sin riesgo de dañar
el material de envasado al exponerlo a aire excesivamente
caliente.
En una realización preferente del invento, se
proporcionan medios de válvula para conectar de manera ajustable
los primeros medios de suministro y los segundos medios de
suministro a los medios de procesamiento de aire, de manera que el
aire estéril introducido en el entorno aséptico se pueda distribuir
de forma diferente entre la cámara aséptica y la tobera,
dependiendo de la etapa de funcionamiento de la máquina, para operar
en todo momento en condiciones de óptimas presión.
A modo de ejemplo se describirá una realización
preferente, no limitativa, del presente invento haciendo referencia
a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 muestra un diagrama de una máquina
para envasar productos alimenticios vertibles y que incorpora una
unidad de esterilización de acuerdo con el invento;
las figuras 2 y 3 muestran secciones parciales
esquemáticas de la unidad de esterilización de acuerdo con el
invento en dos condiciones de funcionamiento diferentes;
la figura 4 muestra una vista en perspectiva de
un distribuidor para controlar el flujo de aire hacia la unidad de
esterilización;
la figura 5 muestra una vista en perspectiva,
con partes eliminadas para mayor claridad, del distribuidor de la
figura 4;
las figuras 6, 7, 8, 9 y 10 muestran diferentes
posiciones del distribuidor en diferentes condiciones de
funcionamiento de la máquina.
El número 1 de la figura 1 indica en su conjunto
una máquina para envasar productos alimenticios vertibles, y para
producir de forma continua envases asépticos de un producto
alimenticio vertible a partir de un material 2 de envasado
suministrado en forma de banda continua (al que a partir de ahora se
hará referencia simplemente como "banda 2").
La máquina 1 comprende una unidad 3 de
esterilización para esterilizar la banda 2, y a la cual se
suministra banda 2 desde una bobina (no mostrada) a lo largo de una
trayectoria P1.
La máquina 1 comprende también una unidad 4,
situada aguas arriba de la unidad 3 de esterilización, para aplicar
a la banda 2 dispositivos 5 de apertura que se pueden cerrar, y que
está definida convenientemente por una estación conocida para
moldear material plástico por inyección, y a través de la cual se
hace pasar la banda 2 por fases. Al salir de la unidad 4, la banda
comprende una sucesión de dispositivos 5 de apertura separados
regularmente (mostrada esquemáticamente en la figura 1 sólo sobre
una porción de banda 2) que sobresalen de una cara de la banda 2 -
de la cara inferior, en el ejemplo mostrado -.
La unidad 3 de esterilización comprende una
cámara 6 de transición, dentro de la cual se introduce en primer
lugar la banda 2; un baño 7 de esterilización que contiene un agente
esterilizador líquido, por ejemplo, una disolución al 30% de
peróxido de hidrógeno (H_{2}O_{2}) y agua, a través del cual se
hace pasar la banda 2; y una cámara 8 de procesamiento, dentro de
la cual se seca la banda 2 como se explica en detalle más
adelante.
El baño 7 está definido substancialmente por un
conducto con forma de U, el cual está lleno durante el
funcionamiento de agente esterilizador hasta un nivel
predeterminado, y el cual está a su vez definido por dos ramales 9,
10 verticales, de entrada y salida respectivamente, que tienen
aberturas 11, 12 superiores respectivas, las cuales definen
respectivamente la entrada y la salida de la banda 2 del baño 7, y
las cuales se comunican respectivamente con la cámara 6 de
transición y con la cámara 8 de procesamiento. Los dos ramales están
conectados en la parte inferior por una porción 13 inferior del
baño 7, dentro de la cual está alojado un rodillo 14 horizontal de
transmisión.
Por lo tanto, dentro del baño 7 la banda 2 se
desplaza a lo largo de una trayectoria P2 con forma de U, cuya
longitud está definida de manera que garantice que el material de
envasado es mantenido un tiempo suficiente en el agente
esterilizador.
El baño 7 está conectado con un circuito 15
conocido de control de peróxido (no descrito en detalle) y es
mantenido, durante la utilización, a una temperatura controlada de,
por ejemplo, aproximadamente 70ºC.
La cámara 8 de procesamiento (figuras 2 y 3)
está situada por encima de la cámara 6 de transición, está separada
de la cámara 6 de transición por paredes 16, y alberga medios de
secado indicados en su conjunto con el número 17 y medios para
eliminar agente esterilizador residual de la banda 2.
Los medios 17 de secado (figuras 2 y 3)
comprenden dos rodillos 18 de escurrido libres, paralelos y
horizontales - al menos uno de los cuales está cubierto por un
material relativamente blando - situados cerca de la entrada de la
cámara 8 de procesamiento, en lados opuestos de la banda 2, y que
interaccionan con las respectivas caras opuestas de dicha banda 2 y
ejercen presión sobre ellas para escurrir cualquier gota de agente
esterilizador de la banda y devolverla al baño 7.
Convenientemente, los rodillos 18 de escurrido
comprenden porciones intermedias respectivas de pequeño diámetro
(no mostradas) que se corresponden con la porción intermedia
longitudinal de la banda 2, tal como se ilustra en el documento
EP-A-1050468, para permitir el paso
de dispositivos 5 de apertura sin que interfieran con los
rodillos.
Aguas abajo de los rodillos 18 de escurrido la
banda 2 es desviada por un rodillo 19 de transmisión a lo largo de
una trayectoria P3 horizontal.
Los medios 17 de secado comprenden también una
así llamada "cuchilla de aire" conocida (mostrada de forma
esquemática), la cual está definida por una tobera 22 para dirigir
un chorro de aire sobre la cara superior de la banda 2 que define
finalmente, durante la utilización, la superficie interior de cada
envase, y por dos placas 23 para dirigir el chorro en dirección
substancialmente paralela a la banda 2, pero en la dirección
opuesta a su dirección de desplazamiento.
La tobera 22 forma parte de un circuito 24 de
procesamiento de aire que se describe en detalle más adelante.
La unidad 3 de esterilización también comprende
una cámara o torre 25 aséptica vertical que tiene una porción 26
superior que se comunica con la cámara 8 de procesamiento a través
de una abertura 27 para el paso de la banda 2, y una porción 28
inferior alargada, dentro de la cual la banda 2 se dobla
longitudinalmente para formar un cilindro y se sella
longitudinalmente para formar un tubo 29 continuo de material de
envasado con un eje A vertical. Por lo tanto, la cámara 25 aséptica
y la cámara 8 de procesamiento definen en conjunto un entorno 30
aséptico.
La porción 26 superior alberga varios rodillos
31, 32, 33 de transmisión y guiado para guiar a la banda 2 desde la
trayectoria P3 horizontal hasta una trayectoria P4 vertical paralela
al eje A del tubo 29. Más concretamente, el rodillo 31 está
motorizado y está situado inmediatamente aguas abajo de la abertura
27; el rodillo 32 es libre, y define un tensor; y el rodillo 33
también es libre y proporciona estirado y desviación de la banda 2
hacia abajo.
El tubo 29, conformado aguas abajo del rodillo
33 de forma conocida no descrita, es llenado de forma continua con
el producto por un conducto 34 de llenado, y sale hacia abajo a
través de una abertura 35 inferior de la cámara 25 aséptica,
conformando así substancialmente una extensión de la cámara
aséptica.
La máquina 1 comprende una unidad 36 conocida de
conformado y sellado transversal (no mostrada en detalle), dentro
de la cual el tubo 29 de material de envasado es sujetado y sellado
transversalmente por pares de mordazas 37 para conformar envases 38
asépticos con forma de almohada, los cuales se cortan y se doblan
finalmente de forma conocida para conformar los envases
individuales.
El circuito 24 de procesamiento de aire
comprende un conducto 40 de aspiración que se comunica con la cámara
6 de transición; y una unidad 41 de procesamiento conocida (no
mostrada en detalle) que tiene una entrada conectada al conducto
40, y un conducto 42 de salida. Convenientemente, de forma
conocida, la unidad 41 de procesamiento comprende un compresor 43;
medios 44 de purificación para eliminar el agente esterilizador
residual; medios 45 de calentamiento para calentar y esterilizar el
aire; y medios 46 de inyección para vaporizar el agente
esterilizador al interior del conducto 42 de salida.
El conducto 42 de salida está conectado con una
entrada de una válvula 47 de tres vías que tiene una salida
conectada a un desagüe 48, y una salida conectada por medio de un
conducto 49 a un distribuidor 50 para controlar el flujo de aire
estéril al entorno 30 aséptico.
Más concretamente, el distribuidor 50 tiene una
entrada 51 conectada al conducto 49; y dos salidas 52, 53
conectadas respectivamente a la tobera 22 de la cuchilla 21 de aire
por medio de un conducto 54, y a una o más entradas 55 de aire en
la porción inferior de la cámara 25 aséptica por medio de un
conducto 56. En una realización preferente del invento, el
distribuidor 50 tiene dos obturadores 57, 58, los cuales se pueden
accionar de forma independiente como se muestra en detalle en las
figuras 4 y 5.
El distribuidor 50 (figura 4) comprende una
carcasa 60 substancialmente esférica que tiene una cavidad 61
interna cilíndrica de eje B; las salidas 52, 53 (en las figuras 4 y
5 sólo se muestra una) están definidas por respectivos orificios
diametralmente opuestos conformados en la carcasa 60 y que tienen un
eje C común perpendicular al eje B; y la entrada 51 está definida
por un orificio adicional conformado en la carcasa 60 y que tiene
un eje D perpendicular a los ejes B y C (figura 5).
Los obturadores 57, 58 comprenden respectivas
paredes 64 de sellado cilíndricas de eje B que se deslizan de forma
substancialmente hermética con respecto a la pared interna de la
cavidad 61, y que tienen una superficie adecuada para cerrar
respectivamente las salidas 52, 53. Los obturadores 57, 58 están
conectados rígidamente a los respectivos ejes 62, 63 motrices de
eje B, los cuales sobresalen axialmente de lados opuestos de la
carcasa 60, y están controlados por respectivos servoactuadores 65,
66 lineales a través de respectivas palancas 67 de transmisión. La
pared 64 de sellado del obturador 57 tiene un agujero 68 pasante que
permite el paso de aire incluso en la posición cerrada, como se
explica en detalle más adelante.
De acuerdo con el presente invento, el conducto
54 alberga un calentador 69 eléctrico para controlar la temperatura
del aire suministrado a la tobera 22.
La cámara 6 de transición (figuras 2 y 3) se
comunica con el ambiente exterior a través de un orificio 70 que
tiene una tapa 71 abisagrada, la cual está normalmente cerrada por
gravedad, pero que se abre hacia dentro bajo poca presión y que por
lo tanto está abierta durante el funcionamiento de la máquina 1. El
orificio 70 define, para el circuito 24, un punto de referencia de
presión cero con respecto al ambiente exterior, y restituye
cualquier aire perdido por fugas.
La cámara 8 de procesamiento se puede comunicar
con la cámara 6 de transición a través de un orificio 74 ajustable
por medio de un obturador 75.
El obturador 75 se puede mover - por ejemplo,
gira integralmente con un pasador 76 controlado por un actuador 77
-
entre una posición abierta (figura 2) en la cual la cámara 8 de procesamiento se comunica directamente con la cámara 6 de transición, y una posición cerrada (figura 3), en la cual las dos cámaras están aisladas. La posición abierta se puede ajustar de forma conveniente, por ejemplo, ajustando manualmente un tope 78 limitador mecánico del obturador 75, incluso durante el funcionamiento de la máquina.
entre una posición abierta (figura 2) en la cual la cámara 8 de procesamiento se comunica directamente con la cámara 6 de transición, y una posición cerrada (figura 3), en la cual las dos cámaras están aisladas. La posición abierta se puede ajustar de forma conveniente, por ejemplo, ajustando manualmente un tope 78 limitador mecánico del obturador 75, incluso durante el funcionamiento de la máquina.
La presión en la cámara 25 aséptica es detectada
por un sensor PS1 con una pantalla 79 de lectura.
En el caso de que la banda 2 esté dotada de
dispositivos 5 de apertura, las aberturas 27 entre la cámara 8 de
procesamiento y la cámara 25 aséptica deben ser suficientemente
altas, en la cara inferior de la banda 2 de la cual sobresalen los
dispositivos 5 de apertura, para permitir el paso de los citados
dispositivos de apertura. Para evitar que la abertura 27, cuya
altura está condicionada como se ha indicado anteriormente, iguale
substancialmente las presiones de la cámara 25 aséptica y de la
cámara 8 de procesamiento, dicha abertura 27 no es simétrica con
respecto al plano de la banda 2, sino que es de altura mínima hacia
arriba, y está definida hacia abajo por una pared 80 doblada 90º
hacia el rodillo 31 para acercarse a él y definir de esta manera
una barrera al flujo de aire y, por lo tanto, una caída concentrada
de presión.
Un conducto 81 para esterilizar el conducto 34
de llenado está conectado mediante un ramal al conducto 49; y un
conducto 34 de llenado se puede conectar de forma selectiva al
conducto 81 y a un conducto 83 de suministro de producto
alimenticio por medio de una válvula 82 de tres vías aséptica
apropiada para aplicaciones alimentarias, tal como una válvula de
barrera de vapor.
Una unidad 84 de control programable de la
máquina 1 controla los parámetros de procesamiento de la unidad 3
de esterilización en base a valores de referencia predeterminados en
cada etapa de funcionamiento de la máquina y, en concreto, controla
las válvulas 47 y 82, el distribuidor 50, los medios 45 de
calentamiento y los medios 46 de inyección de la unidad 41 de
procesamiento de aire, el circuito 15 de control de peróxido y el
actuador 77.
Los parámetros de procesamiento, los cuales
pueden ser variables diferentes en etapas de funcionamiento
diferentes, están definidos por ejemplo por la temperatura del aire
procedente de la unidad 41, detectada por un primer sensor TS1; la
temperatura en la porción 26 superior de la cámara 25 aséptica,
detectada por un segundo sensor TS2; y la temperatura del aire en
el conducto 54, aguas arriba de la tobera 22, detectada por un
tercer sensor TS3.
La unidad 3 de esterilización funciona de la
manera siguiente:
Cuando se arranca la máquina 1, comienza una
fase de esterilización en caliente, en la cual el compresor 43 y
los medios 45 de calentamiento de la unidad de procesamiento se
activan para sobrecalentar y esterilizar el aire aspirado al
interior de la máquina a lo largo del conducto 40, y para
precalentar la cámara 25 aséptica.
Para ello, el distribuidor 50 se coloca en la
posición de la figura 6, en la cual la salida 52 está
substancialmente cerrada, excepto para las fugas a través del
orificio 68, y la salida 53 está abierta, de manera que
substancialmente todo el aire procedente del conducto 49 es
introducido en la cámara 25 aséptica.
La válvula 82 aísla el conducto 34 de llenado
del conducto 83 de suministro de producto alimenticio, y lo conecta
con el conducto 81 y con el conducto 83.
En la fase de esterilización en caliente, la
válvula 47 es controlada por la unidad 84 en base a la temperatura
del aire en la porción superior de la cámara 25 aséptica, detectada
por el sensor TS2, para alcanzar una temperatura de
sobrecalentamiento de, por ejemplo, 280ºC, en el conducto 42.
Más en concreto, en la etapa transitoria de
arranque, la válvula 47 introduce aire caliente en el interior del
conducto 49 hasta que la temperatura en la cámara 25 aséptica
alcanza una temperatura de precalentamiento predeterminada, por
ejemplo, 40ºC; a la que la válvula 47 conmuta para descargar el aire
caliente al exterior. A partir de este punto, la válvula 47
funciona de manera intermitente, inyectando y descargando aire de
forma alternativa para mantener la cámara 25 aséptica a
aproximadamente la temperatura de precalentamiento
predeterminada.
Al mismo tiempo, la temperatura en el conducto
42 aumenta gradualmente hasta que, en respuesta a una señal
procedente del sensor TS1 que indica que se ha alcanzado la
temperatura de sobrecalentamiento predeterminada (280ºC) en el
conducto 42, la unidad 84 de control conmuta a la siguiente fase
para esterilizar químicamente el ambiente 30 aséptico y el conducto
34 de llenado.
Para este propósito, se activan los medios 46 de
inyección; la válvula 47 permanece en su posición conectando el
conducto 49 con el conducto 42; la válvula 82 permanece en su
posición conectando el conducto 34 de llenado con la unidad 41 de
procesamiento de aire; y el distribuidor 50 permanece en la posición
de la figura 6.
Se crea de esta manera una corriente de aire
sobrecalentado y vapor de peróxido que es introducida en parte en
el conducto 34 de llenado y en parte en la cámara 25 aséptica a
través del distribuidor 50 y de las entradas 55. Un pequeño
porcentaje de la corriente se hace pasar a través del orificio 68
hacia el conducto 54, y por éste a la tobera 22.
La corriente fluye a través de la abertura 27
desde la cámara 25 aséptica hasta la cámara 8 de procesamiento; y,
dado que el orificio 74 está cerrado por obturadores 75 (figura 3) y
el baño 7 está vacío, la corriente fluye a lo largo de toda la
longitud del baño 7 hasta la cámara 6 de transición, donde es
aspirada a lo largo del conducto 40 y recirculada de vuelta a la
unidad 41 de procesamiento. Pérdidas inevitables a lo largo del
circuito de procesamiento producen un ligero descenso de la presión
de la cámara 6 de transición, y son compensadas por lo tanto por
aire ambiente a través del orificio 70.
La abertura 27 está dimensionada para mantener
una presión de aproximadamente 20-30 mmH_{2}O en
la cámara aséptica, y una presión de 10-20
mmH_{2}O en la cámara de procesamiento, con una caída de presión
de aproximadamente 10 mmH_{2}O a través de la abertura 27.
\newpage
Los valores de sobrepresión anteriores con
respecto al ambiente son suficientes para evitar la entrada de
agentes exteriores, pero suficientemente bajos para evitar que fugas
substanciales de aire contaminado por agente esterilizador
contaminen el lugar de trabajo. La caída de presión a través de la
abertura 27 garantiza flujo continuo unidireccional desde la cámara
25 aséptica hacia la cámara 8 de procesamiento.
Después de un intervalo de tiempo
predeterminado, durante el cual el conducto de llenado está aislado,
la fase de esterilización química viene seguida por una etapa de
secado.
Durante la fase de secado, el conducto 34 de
llenado primero se sobrecalienta conmutando el distribuidor 50 a la
posición de la figura 7, es decir, la posición en la cual el
obturador 58 cierra parcialmente la entrada 51. Esto aumenta el
flujo de aire sobrecalentado a lo largo del conducto 34 de llenado,
en el que la alta temperatura, que acelera la disociación del
peróxido, y el efecto dinámico se combinan de forma sinérgica para
esterilizar a fondo y eliminar el peróxido procedente del conducto
34 de llenado.
Después del sobrecalentamiento del conducto 34
de llenado, el cual dura por ejemplo dos minutos, se devuelve el
distribuidor 50 a la posición de la figura 8 y continúa el secado de
la cámara 25, por ejemplo, durante un total de 15 minutos,
introduciendo aire dentro de la cámara 25 aséptica principalmente a
través de las entradas 55.
Durante la fase de secado, los parámetros de
referencia de temperatura se modifican para mantener una temperatura
máxima, definida por el sensor TS1, por ejemplo menor de 200ºC, y
una temperatura de aproximadamente 95ºC en la cámara 25 aséptica.
La primera de las condiciones anteriores garantiza que se introduce
aire en la cámara 25 aséptica a través de las entradas 55 a una
temperatura segura de aproximadamente 140-150ºC.
Esto completa el ciclo de preparación, y viene
seguido por la fase de producción.
Durante la producción (figura 2), el baño 7 está
lleno de disolución esterilizadora, y la banda 2 se hace pasar a
través del baño, se seca en la cámara 8 de procesamiento, y se sella
longitudinalmente en la cámara 25 aséptica para formar un tubo. Al
mismo tiempo, se conmuta la válvula 82 para introducir el producto
alimenticio a lo largo del conducto 34 de llenado.
En la condición de funcionamiento anterior, el
distribuidor 50 está situado (figura 9) de forma que cierra
parcialmente la salida 53 conectada a las entradas 55, para enviar
una porción substancial de la corriente, por ejemplo el 40%, a la
tobera 22 y el resto, por ejemplo el 60%, a la cámara 25 aséptica.
Dado que el agente esterilizador impide que el aire circule a
través del baño 7, se abre ahora el obturador 75, de manera que la
cámara 8 de procesamiento se comunica directamente con el conducto
40 de aspiración del circuito 24 de procesamiento de aire.
De esta manera, y variando la distribución de
flujo hacia la cámara 25 aséptica y hacia la cámara 8 de
procesamiento, y mediante el dimensionamiento correcto de la
abertura 27 y la sección de flujo del orificio 74 con el obturador
75 en la posición abierta, la cámara aséptica y la cámara 8 de
procesamiento se pueden mantener substancialmente en las condiciones
óptimas de presión mencionadas anteriormente, es decir,
10-20 mmH_{2}O en la cámara de procesamiento, y
aproximadamente 20-30 mmH_{2}O en la cámara
aséptica, con una caída de presión de aproximadamente 10 mmH_{2}O
a través de la abertura 27.
Durante la producción, la temperatura del aire
en la salida de la unidad 41 es de aproximadamente 120ºC, y el
calentador 69 está controlado, sobre la base de realimentación del
sensor TS3, para suministrar aire a aproximadamente 180ºC a la
tobera 22, permitiendo de esta forma un control preciso de la
temperatura de la corriente de aire utilizada para secar la banda
2, y por lo tanto un secado y una esterilización óptimos de la
banda.
En este caso el sensor TS2 de la cámara aséptica
sólo proporciona un control de temperatura mínima y activa una
alarma en el caso de que la temperatura de la cámara 25 aséptica
descienda por debajo de un umbral de seguridad mínimo de, por
ejemplo, 70ºC. De forma similar, la presión en la cámara 25 aséptica
durante la producción es detectada por el sensor PS1, el cual
activa una parada de emergencia en el caso de que la presión en la
cámara 25 aséptica descienda por debajo de un umbral de seguridad
mínimo.
Si la presión en la cámara 25 aséptica, aunque
permanezca dentro de un rango aceptable, tiende a caer durante la
producción hacia el valor de seguridad mínimo, por ejemplo, debido a
un mal sellado, esto se puede corregir durante la producción
ajustando manualmente el tope 78 limitador para ajustar, y en
concreto para reducir, la sección de flujo del orificio 74.
Durante paradas de producción cortas para
cualquier mantenimiento de rutina de la máquina 1 se detiene la
banda 2 y se vacía el baño 7.
En esta condición, el distribuidor 50 se coloca
para abrir completamente la salida 53 y para cerrar parcialmente la
salida 52 (figura 10), de manera que el flujo se suministra
substancialmente de forma completa a la cámara 25 aséptica y una
porción mínima, de aproximadamente un pequeño porcentaje, a la
cuchilla 21 de aire.
Como se describió anteriormente en relación con
las fases preliminares de esterilización química y de secado, el
flujo pasa a través de la abertura 27 desde la cámara 25 aséptica
hasta la cámara 8 de procesamiento; y, dado que el orificio 74 está
cerrado por el obturador 75 y el baño 7 está vacío, viaja a lo largo
de toda la longitud del baño 7 hasta la cámara 6 de transición,
donde es aspirado a lo largo del conducto 40 y recirculado de
vuelta a la unidad 41 de procesamiento.
La nueva distribución de flujo, ahora
suministrado casi por completo a la cámara 25 aséptica, combinada
con la apertura del orificio 74 y el dimensionamiento apropiado de
dicho orificio 74 y de la abertura 27, permite seguir manteniendo
valores óptimos de presión en la cámara 25 aséptica y en la cámara 8
de procesamiento.
En virtud de su gran inercia térmica la cámara
25 aséptica actúa en esta etapa como un enfriador para enfriar el
aire que fluye a través de ella y a través de la abertura 27 al
interior de la cámara 8 de procesamiento y del baño 7. Esta
"ventilación" del baño enfría la banda 2 y reduce el así
llamado "escurrido de borde" - impregnado de los bordes de la
banda 2 con agente esterilizador - cuando el baño 7 se llena a
continuación para arrancar la máquina. El escurrido de borde, que
se produce en los bordes de la banda 2 donde está expuesta la capa
de papel, se puede reducir substancialmente disminuyendo la
temperatura del baño 7 y de la banda 2 mediante ventilación como se
ha descrito anteriormente, y cargando el agente esterilizador a una
temperatura apropiadamente alta cuando se arranca la máquina.
Claramente, se pueden hacer cambios en la
máquina 1, y en concreto en la unidad 3 de esterilización, sin, sin
embargo, apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
En particular, el distribuidor 50 se puede
sustituir por un tipo diferente, o por un par de válvulas de
mariposa convencionales.
Claims (13)
1. Una unidad (3) de esterilización para
esterilizar una banda (2) continua de material de envasado en una
máquina (1) para envasar productos alimenticios vertibles,
comprendiendo la unidad de esterilización:
un baño (7) que contiene un agente
esterilizador, dentro del cual se introduce de forma continua la
citada banda (2) continua;
un entorno (30) aséptico que comprende una
cámara (8) de procesamiento conectada a una salida (12) de dicho
baño (7) y que alberga medios (17) de secado para eliminar el agente
esterilizador residual de dicha banda (2) continua; y una cámara
(25) aséptica que se comunica con dicha cámara (8) de procesamiento
a través de una abertura (27) para el paso de dicha banda (2)
continua, y en la cual dicha banda (2) continua se dobla y se sella
longitudinalmente para conformar un tubo (29), el cual se llena de
forma continua del producto a envasar;
los citados medios (17) de secado que comprenden
al menos una tobera (22) para dirigir una corriente de aire estéril
sobre dicha banda (2) continua; y
un circuito (24) de procesamiento de aire para
controlar las condiciones de procesamiento dentro de dicho entorno
(30) aséptico, y que comprende medios (40) de aspiración para
aspirar aire de dicha cámara (8) de procesamiento; y medios (41) de
procesamiento de aire que comprenden primeros medios (45) de
calentamiento, y primeros medios (55, 56) de suministro para
introducir aire estéril en el interior de la citada cámara (25)
aséptica;
caracterizada porque comprende segundos
medios (54) de suministro para suministrar aire estéril procedente
de dichos medios (41) de procesamiento de aire a dicha tobera (22);
y segundos medios (69) de calentamiento asociados con dichos
segundos medios (54) de suministro para controlar la temperatura del
aire suministrado a dicha tobera (22).
2. Una unidad como se reivindica en la
reivindicación 1, caracterizada porque comprende primeros
medios (50) de válvula para conectar de forma ajustable dichos
primeros medios (55, 56) de suministro y dichos segundos medios
(54) de suministro a los citados medios (41) de procesamiento de
aire.
3. Una unidad como se reivindica en la
reivindicación 2, caracterizada porque dichos primeros medios
de válvula comprenden un distribuidor (50) que tiene una entrada
(51) conectada a dichos medios (41) de procesamiento de aire, dos
salidas conectadas a los citados primeros medios (55, 56) de
suministro y a los citados segundos medios (54) de suministro
respectivamente, y un obturador primero (57) y segundo (58) para
regular el flujo desde dicha entrada (51) hacia cada una de las
citadas salidas (52, 53).
4. Una unidad como se reivindica en la
reivindicación 3, caracterizada porque dicho distribuidor
(50) comprende una carcasa (60) que tiene una cavidad (61)
cilíndrica que tiene a su vez un eje (B); estando definidas dicha
entrada (51) y dichas salidas (52, 53) por orificios respectivos
conformados en dicha carcasa (60), con ejes (D, C) perpendiculares
a dicho eje (B) de dicha cavidad (61), y que se comunican con dicha
cavidad.
5. Una unidad como se reivindica en la
reivindicación 4, caracterizada porque los citados
obturadores (57, 58) tienen respectivas superficies (64)
cilíndricas de sellado coaxiales con dicha cavidad (61), y las
cuales se deslizan herméticamente con respecto a una superficie
interna de la citada cavidad (61).
6. Una unidad como se reivindica en la
reivindicación 5, caracterizada porque los citados
obturadores (57, 58) giran alrededor de dicho eje (B) de dicha
cavidad (61).
7. Una unidad como se reivindica en la
reivindicación 6, caracterizada porque los citados
obturadores (57, 58) están controlados por actuadores (65, 66)
respectivos.
8. Una unidad como se reivindica en cualquiera
de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizada porque uno (57)
de los citados obturadores comprende un orificio (68) que permite el
flujo residual hacia dichos segundos medios (54) de suministro,
incluso cuando la citada salida (52) está cerrada.
9. Una unidad como se reivindica en cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
comprende una cámara (6) de transición que se comunica con una
entrada (11) del baño (7) y con los citados medios (40) de
aspiración; y segundos medios (74, 75) de válvula interpuestos entre
la citada cámara (8) de procesamiento y la citada cámara (6) de
transición, y que se pueden mover entre una posición abierta en la
cual la citada cámara (8) de procesamiento se comunica directamente
con la citada cámara (6) de transición, y una posición cerrada en
la que la citada cámara (8) de procesamiento se comunica con la
citada cámara (6) de transición a través del mencionado baño
(7).
10. Una unidad como se reivindica en cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
comprende una barrera (80) para producir una caída de presión
localizada entre dicha cámara (25) aséptica y dicha cámara (8) de
procesamiento; definiendo dicha barrera (80) la citada abertura
(27), a través de la cual se hace pasar dicha banda (2) continua,
entre dicha cámara (8) de procesamiento y dicha cámara (25)
aséptica.
11. Una unidad como se reivindica en una de las
reivindicaciones anteriores para procesar una banda (2) continua de
material de envasado dotada de dispositivos (5) de apertura que
sobresalen de una cara de dicha banda (2) continua;
caracterizada porque dicha abertura (27) es asimétrica con
respecto al plano de desplazamiento de la citada banda (2)
continua, y porque es mayor en el lado que queda enfrente de la cara
de dicha banda (2) continua de la cual sobresalen los citados
dispositivos (5) de apertura.
12. Una unidad como se reivindica en la
reivindicación 11, caracterizada porque comprende un rodillo
(31) para guiar dicha banda (2) continua y que está alojado dentro
de dicha cámara (25) aséptica, inmediatamente aguas abajo de la
citada abertura (27); comprendiendo la citada barrera una pared (80)
que define dicha abertura (27) y que está conformada de forma que
se acerque a dicho rodillo (31).
13. Una unidad como se reivindica en cualquiera
de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizada porque dicha
cámara de transición se comunica con el ambiente exterior a través
de un orificio (70) normalmente cerrado que se abre bajo poca
presión.
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