ES2959774T3 - Supervisión de calidad en tiempo real de la producción por lotes de bebidas mediante densitometría - Google Patents

Supervisión de calidad en tiempo real de la producción por lotes de bebidas mediante densitometría Download PDF

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Abstract

Los aspectos de la divulgación incluyen un método para rastrear la calidad de una bebida producida según un proceso por lotes que incluye agregar ingredientes al agua para formar un lote, medir la densidad del lote en tiempo real usando un dispositivo de densidad en línea, monitorear los cambios. en la densidad del lote, detectando desviaciones del proceso del lote en función de los cambios en la densidad y corrigiendo cualquier desviación detectada del proceso del lote en tiempo real. Otros aspectos de la divulgación se relacionan con un método para detectar falta de homogeneidad en tiempo real para un proceso discontinuo para producir una bebida. Otros aspectos de la divulgación incluyen un método para rastrear la adición de ingredientes para producir una bebida en un proceso por lotes que incluye agregar secuencialmente una pluralidad de ingredientes al agua de acuerdo con una receta estándar para formar un lote y corregir cualquier desviación detectada de la receta en condiciones reales. tiempo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Supervisión de calidad en tiempo real de la producción por lotes de bebidas mediante densitometríaAntecedentes
Campo de la invención
Los modos de realización descritos se refieren, en general, a un proceso por lotes para producir una bebida, que incluye la medición de características del proceso por lotes en tiempo real. El documento US 6.186.193 B1 divulga un sistema de mezcla digital de flujo líquido continuo de dos o más líquidos, preferentemente en base a una proporción de masa. El flujo de líquido individual se dosifica de manera síncrona en una proporción de masa precisa hasta un punto de mezcla común.
Breve sumario
Aspectos de la divulgación incluyen un procedimiento para hacer un seguimiento la calidad de una bebida producida de acuerdo con un proceso por lotes. El proceso por lotes puede incluir añadir ingredientes al agua para formar un lote. Se puede añadir un primer ingrediente; a continuación, el lote se puede mezclar hasta que el primer ingrediente esté completamente mezclado; a continuación, se puede añadir un segundo ingrediente y el lote se puede mezclar hasta que el segundo ingrediente esté completamente mezclado. Además, el procedimiento puede incluir medir la densidad del lote en tiempo real usando un dispositivo de densidad en línea, supervisar los cambios de densidad del lote, detectar desviaciones del proceso por lotes en base a los cambios de densidad y corregir en tiempo real cualquier desviación detectada en el proceso por lotes. El procedimiento también puede incluir comparar las mediciones de densidad con una receta de bebida estándar y ajustar las mediciones de densidad a la receta de bebida estándar.
En otros aspectos de la divulgación, un procedimiento para detectar heterogeneidad en un proceso por lotes para producir una bebida puede incluir mezclar ingredientes para formar un lote, medir la ganancia de impulso del lote en tiempo real, supervisar cambios en la ganancia de impulso, detectar heterogeneidad en el lote en base a los cambios de la ganancia de impulso y corregir en tiempo real cualquier heterogeneidad detectada en el proceso por lotes.
En otros aspectos de la divulgación, un procedimiento para hacer un seguimiento de la adición de ingredientes para producir una bebida en un proceso por lotes puede incluir añadir secuencialmente ingredientes al agua de acuerdo con una receta para formar un lote, medir la densidad del lote en tiempo real usando un dispositivo de densidad en línea, supervisar los cambios de densidad del lote después de añadir cada ingrediente al lote, detectar desviaciones con respecto a la receta estándar y corregir en tiempo real cualquier desviación detectada en el proceso por lotes.
Breve descripción de los dibujos/figuras
La FIG. 1 muestra un sistema de proceso por lotes de creación de bebidas ejemplar con un dispositivo de densidad en línea conectado a un bucle de recirculación.
La FIG. 2A muestra el dispositivo de densidad en línea ejemplar.
La FIG. 2B muestra una vista de abajo hacia arriba del dispositivo de densidad en línea de la FIG. 2A. La FIG. 2C muestra una vista de abajo hacia arriba del dispositivo de densidad en línea de la FIG. 2A que oscila debido al fluido que fluye a través del dispositivo.
La FIG. 3 muestra un gráfico ejemplar producido en base a lecturas del dispositivo de densidad en línea. La FIG. 4A muestra una sección transversal de un tubo con una única fase de fluido que fluye a través del tubo.
La FIG. 4B muestra una sección transversal de un tubo con dos fases que fluyen a través del tubo.
La FIG. 5 muestra un gráfico de proporción de desacoplamiento frente a proporción de densidad de un lote ejemplar.
La FIG. 6 muestra mediciones de densidad y ganancia de impulso a lo largo del tiempo para otro lote ejemplar.
La FIG. 7 muestra mediciones de densidad y ganancia de impulso a lo largo del tiempo para otro lote ejemplar.
La FIG. 8 muestra mediciones más detalladas de densidad y ganancia de impulso para otro intervalo de tiempo específico para el lote mostrado en la FIG. 7.
La FIG. 9 muestra una comparación lado a lado de la densidad del lote mostrado en la FIG. 6 y la densidad del lote mostrado en la FIG. 7.
La FIG. 10 muestra una comparación de las mediciones de densidad realizadas por el dispositivo de densidad en línea con respecto a un dispositivo de densidad fuera de línea.
La FIG. 11 muestra puntos de datos que representan la diferencia de mediciones entre el dispositivo de densidad en línea y el dispositivo de densidad fuera de línea.
Descripción detallada
Muchas bebidas preenvasadas se elaboran industrialmente mediante procesos por lotes que siguen recetas complejas. Por ejemplo, una receta puede proporcionar instrucciones para añadir múltiples ingredientes en una tina grande de agua, uno tras otro en cantidades variables, y para garantizar que cada ingrediente esté completamente mezclado o que haya pasado suficiente tiempo antes de añadir otro ingrediente. Estas recetas requieren a menudo una gran cantidad de ingredientes, incluidos líquidos con diferentes viscosidades o sólidos (por ejemplo, polvos), cada uno de los cuales se puede disolver a una velocidad diferente. A menudo, estos ingredientes se añaden manualmente por operarios que determinan visualmente si el ingrediente está completamente mezclado. A menudo, las fórmulas o recetas de bebidas son muy complejas e incluyen sólidos difíciles de disolver. Esto hace que sea especialmente difícil supervisar la calidad del producto en línea.
Depender de la adición manual de ingredientes y la inspección visual de las mezclas deja lugar a errores potenciales en el proceso por lotes. Por ejemplo, un operario puede añadir una cantidad incorrecta de un ingrediente, dejar un ingrediente fuera del lote por completo o proseguir o completar el lote prematuramente antes de que un ingrediente esté completamente mezclado. Es difícil hacer un seguimiento y cuantificar la cantidad de ingredientes añadidos y la calidad de la mezcla mientras se mezclan los ingredientes. Por tanto, a menudo es necesario analizar el lote una vez finalizado el proceso para garantizar que cumple los estándares.
Sin embargo, una vez que se ha completado el lote, puede resultar costoso y, a veces, imposible corregir cualquier error y, en algunos casos, se debe descartar todo el lote. Esto da como resultado una pérdida de tiempo, dinero y materiales. Además de estos errores potenciales del operario, cada instalación individual de elaboración de bebidas puede usar diferentes equipos e insumos de diferente calidad procedentes de diferentes proveedores, lo que podría dar como resultado una calidad de lote variable o la necesidad de medidas de control de calidad específicas de la instalación. Por tanto, el análisis en línea del lote puede ser útil para medir y hacer un seguimiento de los ingredientes añadidos durante un proceso por lotes y para fomentar una calidad homogénea de los lotes entre varias instalaciones de fabricación.
Se puede usar un dispositivo de densidad en línea para supervisar las características de lote en tiempo real, de modo que los errores se puedan corregir en tiempo real o evitar por completo. Se pueden usar dispositivos de densidad en línea, que pueden incluir componentes tales como un medidor de flujo y un densímetro, para medir continuamente la densidad, el caudal y otras características para deducir las concentraciones de ingredientes en el lote. A diferencia de los procedimientos de análisis existentes que usan análisis fuera de línea del lote, se pueden usar dispositivos de densidad en línea para supervisar y cuantificar continuamente el lote a medida que se añaden los ingredientes. El dispositivo y el procedimiento también se pueden usar para identificar características de lote que se pueden usar para determinar un estándar específico que sea único para cada receta de bebida. Al medir continuamente las características del lote, el dispositivo de densidad en línea puede ayudar a evaluar el lote frente a las características ideales de un lote "estándar de oro" (por ejemplo, una receta objetivo) y realizar ajustes en tiempo real para evitar problemas tales como una mezcla incompleta, una calidad de lote inconsistente y otros problemas.
La FIG. 1 muestra un sistema por lotes 50 ejemplar para producir una bebida. El sistema por lotes 50 puede incluir un depósito mezclador 55, una entrada de ingredientes 60, una salida 70, un lote 80 y un bucle de recirculación 90. Los ingredientes fluyen hacia el depósito mezclador 55 a través de la entrada de ingredientes 60 en la dirección de la flecha 65. Una vez en el depósito mezclador 55, los ingredientes se mezclan para formar el lote 80, que fluye continuamente a través del bucle de recirculación 90. A medida que el lote 80 fluye a través del bucle de recirculación 90, el dispositivo de densidad en línea 100 mide la densidad y el caudal másico del lote 80. Una vez que se completa el lote 80, el lote 80 puede salir del depósito mezclador 55 a través de la salida 70, en la dirección de la flecha 75, para un procesamiento adicional (por ejemplo, envasarse en botellas u otros recipientes).
Los ingredientes se pueden añadir manualmente al depósito mezclador 55 a través de la entrada de ingredientes 60A o vertiéndose sobre la parte superior del depósito mezclador 55 (por ejemplo, en la dirección de la flecha 60B). Los procedimientos existentes supervisan la calidad de un lote después de que el lote se haya mezclado en el depósito mezclador 55 y salga a través de la salida 70. Estos procedimientos usan pruebas fuera de línea con equipos de laboratorio. Estos procedimientos no pueden medir la calidad del lote en tiempo real o de forma continua durante el proceso de creación del lote. Por el contrario, usando el bucle de recirculación 90 y el dispositivo de densidad en línea 100, la densidad del lote 80 se puede medir en tiempo real. Mientras se procesa el lote 80, el dispositivo de densidad en línea 100 puede medir continuamente la densidad del lote 80, y las mediciones obtenidas se pueden usar para determinar la calidad del lote 80, incluyendo si el lote 80 se ajusta a una receta estándar y si los ingredientes están completamente mezclados en el lote 80. El dispositivo de densidad en línea 100 puede proporcionar mediciones de densidad tan precisas como el dispositivo de densidad fuera de línea, o dentro de un pequeño margen de error. En algunos modos de realización, el dispositivo de densidad en línea proporciona mediciones que están dentro de un margen de error de un 0,001 %, un 0,005 %, un 0,01 %, un 0,02 %, un 0,05 %, un 0,1 %, un 0,5 %, un 1 % o un 5 %.
Las FIGS. 2A-2C muestran un dispositivo de densidad en línea 100 ejemplar. En algunos modos de realización, el dispositivo de densidad en línea 100 es un medidor de densidad Coriolis. Las FIGS. 2B y 2C muestran una vista de abajo hacia arriba del dispositivo de densidad en línea 100 de la FIG. 2A. El dispositivo de densidad en línea 100 incluye un tubo 110 (por ejemplo, parte del bucle de recirculación 90), un primer tubo de flujo 120 y un segundo tubo de flujo 130. Para medir la densidad y el caudal másico usando el dispositivo de densidad en línea 100, el lote entra en el primer tubo de flujo 120 y en el segundo tubo de flujo 130. Cada uno de los tubos de flujo 120 y 130 puede tener un conjunto de imán y bobina 115, y cuando el lote pasa a través de los tubos de flujo 120 y 130 se pueden inducir fuerzas de Coriolis, lo que hace que los tubos de flujo 120 y 130 se tuerzan uno en oposición al otro. Los densímetros Coriolis están equipados con sensores que pueden medir la torsión de los tubos de flujo 120 y 130 y medir directamente la densidad y el caudal másico.
Las FIGS. 2A y 2B muestran la posición de los tubos de flujo 120 y 130 sin que fluya ningún fluido a través del dispositivo de densidad en línea 100. La FIG. 2C muestra posiciones ejemplares de los tubos de flujo 120 y 130 con fluido fluyendo a través del dispositivo de densidad en línea 100. El fluido fluye a través del dispositivo de densidad en línea 100 en la dirección de las flechas 105. Ambos tubos de flujo 120 y 130 oscilan a medida que el fluido fluye a través del tubo, y la velocidad a la que la masa fluye a través de los tubos afecta a la oscilación de los tubos. El conjunto de imán y bobina crea un voltaje en forma de ondas sinusoidales a medida que el fluido fluye a través de los tubos 120 y 130. Además, un densímetro, tal como un medidor de densidad Coriolis, registra picos de densidad cuando hay burbujas de aire y polvo no disperso en el sistema. Esto se debe a cambios en la ubicación del centro de gravedad del fluido dentro del tubo, también conocido como "ganancia de impulso". La ganancia de impulso muestra un pico pequeño pero detectable cuando hay dos fases (por ejemplo, sólida y líquida) presentes en el sistema.
La respuesta de la ganancia de impulso depende del desacoplamiento de los sólidos con respecto al líquido. Este fenómeno se puede usar como otra indicación de heterogeneidad en la mezcla o cambios en la viscosidad o la microestructura del producto.
Además, se sabe que la presencia de burbujas de aire y partículas en el flujo causa errores de medición, conocidos como desacoplamiento o error multifase. El desacoplamiento se refiere al movimiento relativo entre dos ingredientes de diferente densidad en la dirección de la oscilación del tubo, que es perpendicular a la dirección del flujo de fluido a granel.
La FIG. 3 ilustra una salida ejemplar de mediciones mediante el dispositivo de densidad en línea 100. La línea 300 muestra la densidad del lote a lo largo del tiempo y la línea 400 muestra la ganancia de impulso del lote a lo largo del tiempo. Como se muestra en la FIG. 3, la densidad alcanza un pico, como se muestra en los picos 301, 302 y 303, y se estabiliza con un valor más alto cada vez que se añade un ingrediente. De forma similar, la ganancia de impulso alcanza un pico, como se muestra en los picos 401, 402 y 403, cada vez que se añade un ingrediente. Después de los picos, la línea 400 muestra una reducción de la ganancia de impulso hasta el valor anterior a la adición del ingrediente. Este retorno al valor inferior indica que el ingrediente añadido se ha mezclado bien en el lote 80 de modo que el lote 80 sea homogéneo.
La FIG. 4A ilustra una única fase, una primera fase 140, que fluye a través del primer tubo de flujo 120. La FIG. 4B ilustra dos fases, la primera fase 140 y una segunda fase 142, que fluyen a través del primer tubo de flujo 120. La primera fase puede ser líquida (por ejemplo, la porción homogénea del lote 80) y la segunda fase puede ser sólida (por ejemplo, un ingrediente recién introducido que aún no se ha mezclado bien en el lote 80). Debe entenderse que son posibles más de dos fases y que se produce un flujo similar en el segundo tubo de flujo 130. El centro de gravedad, mostrado por el círculo 144, está en el centro del primer tubo de flujo 120 cuando hay una fase presente, como en la FIG. 4A. Como se muestra en la FIG. 4B, el centro de gravedad, mostrado por el círculo 144, ya no está en el centro del primer tubo de flujo 120, lo que puede hacer que la masa de fluido parezca más ligera de lo que realmente es. La proporción de Ap/Af, que es la proporción entre la amplitud de la oscilación de partículas (Ap) y la amplitud de la oscilación de fluido (Af), es la proporción de desacoplamiento. La línea 152 representa Af y la línea 154 representa Ap.
La FIG. 5 muestra resultados de desacoplamiento para varios sólidos. El ejeyes la proporción de desacoplamiento (Ap/Af) y el eje x es la proporción de densidad (densidad de fluido/densidad de partículas). Una proporción de desacoplamiento de 1 indica que el centro de gravedad del fluido y el centro de gravedad del tubo se mueven sincronizados. Proporciones de desacoplamiento superiores e inferiores a 1 indican que hay una partícula presente que está desviando los centros de masa. Los errores en las mediciones de densidad se minimizan a medida que la proporción de desacoplamiento se acerca a 1.
Calidad de los lotes
Usando un dispositivo de densidad en línea, tal como el descrito anteriormente, es posible medir y hacer un seguimiento de determinadas características de un proceso por lotes, lo que puede permitir una determinación rápida de la calidad del lote. Por ejemplo, en algunos modos de realización, se puede producir un lote "ideal" en un proceso por lotes (es decir, una "receta objetivo", un "proceso estandarizado", una "receta de bebida estándar" o un "estándar de oro"). Durante la producción del lote "ideal", el dispositivo de densidad en línea puede hacer un seguimiento y supervisar continuamente, en tiempo real, la densidad y la ganancia de impulso del lote. Durante el proceso por lotes, o después de completar el lote, el dispositivo de densidad en línea puede proporcionar datos de receta objetivo, tales como los que se muestran en las FIGS.
6-10. Estos datos de receta objetivo pueden proporcionar una referencia estandarizada para reproducir ese mismo lote "ideal".
Usando este proceso estandarizado, es posible establecer determinados parámetros o tolerancias de error en el lote (por ejemplo, criterios de aprobación/suspenso). Si el dispositivo de densidad en línea detecta niveles de densidad dentro de los parámetros o tolerancias, entonces el lote "aprueba". Si el dispositivo de densidad en línea detecta niveles de densidad fuera de los parámetros o tolerancias, entonces el lote "suspende" y el dispositivo de densidad en línea puede proporcionar una alerta o notificación de que el lote se ha desviado del proceso estandarizado. Por ejemplo, en algunos modos de realización, si el dispositivo de densidad en línea detecta niveles de densidad que se desvían más de un 1 % del valor esperado, el dispositivo puede proporcionar una alerta. En algunos modos de realización, si el dispositivo de densidad en línea detecta niveles de densidad que se desvían más de un 1 %, un 5 %, un 10 % o un 15 %, entonces el dispositivo proporcionará una alerta.
Además, el dispositivo de densidad en línea 100 puede estar en comunicación con un software que mide la ganancia de impulso, mide la densidad, supervisa los cambios de densidad del lote en tiempo real y detecta desviaciones de densidad con respecto a una receta objetivo. El software también puede proporcionar una alerta basándose en las tolerancias analizadas anteriormente. El software puede proporcionar la alerta automáticamente si se detectan desviaciones con respecto a la receta objetivo. Por ejemplo, el software puede proporcionar una alerta si detecta una desviación de al menos un 1 % con respecto a la receta objetivo. El software también puede proporcionar una alerta automática cuando se incrementa la ganancia de impulso, lo que indica heterogeneidad en el lote, o cuando la ganancia de impulso vuelve a un estado estable o al valor esperado. El software también puede estar en comunicación con un mezclador del depósito mezclador 55 para mezclar automáticamente el lote 80 si se detecta un incremento en la ganancia de impulso.
El proceso por lotes comienza añadiendo agua al depósito mezclador 55. El agua se puede considerar el primer ingrediente del lote 80. El depósito mezclador 55 puede tener, por ejemplo, una capacidad de más de 5 galones (18,93 l) (por ejemplo, más de 30, 90 o 500 galones (113,56 l, 340,69 l o 1.892,7 l) como se puede usar en la producción de bebidas industriales). Después de añadir el agua, ésta fluye a través del bucle de recirculación 90, y el dispositivo de densidad en línea 100, tal como un densímetro, mide la densidad del agua. En algunos modos de realización, el dispositivo de densidad en línea 100 es un medidor de densidad Coriolis. Después de medir la densidad del agua, se pueden añadir ingredientes al lote 80. Los ingredientes pueden ser líquidos, sólidos o gaseosos. El lote 80 puede fluir continuamente a través del bucle de recirculación 90, y el dispositivo de densidad en línea 100 puede medir continuamente la densidad del lote 80. En algunos modos de realización, los ingredientes se añaden secuencialmente y la densidad se mide continuamente. El densímetro en línea lee la densidad instantáneamente. Las mediciones de densidad durante la adición de ingredientes se supervisan en tiempo real a través de una pantalla gráfica. Se pueden añadir ingredientes posteriores después de las fluctuaciones de densidad desde la meseta de adición anterior hasta un valor de densidad constante. La densidad se puede medir durante menos de 1 segundo, al menos 1 segundo, al menos 30 segundos, al menos 1 minuto, al menos 2 minutos, al menos 3 minutos, al menos 4 minutos o al menos 5 minutos. La densidad también se puede medir hasta que la lectura de salida del dispositivo de densidad en línea 100 indique que el lote 80 coincide suficientemente con los datos de la receta objetivo, o hasta que la lectura de la ganancia de impulso indique que el lote 80 está bien mezclado. Además, la densidad medida se puede comparar continuamente con la densidad de los datos de la receta objetivo, y cualquier desviación genera una alerta o notificación, como se describe anteriormente.
Las desviaciones de los datos de la receta objetivo también se pueden corregir en tiempo real. Por ejemplo, si las mediciones de densidad indican que falta un ingrediente o está presente en una cantidad incorrecta, se puede añadir más cantidad del ingrediente, el lote se puede diluir o se pueden añadir otras combinaciones de ingredientes para que el lote vuelva a estar dentro de las especificaciones aceptables. Por ejemplo, si la desviación indica que hay muy poco ingrediente, se pueden añadir cantidades adicionales del ingrediente hasta que la densidad cumpla con los datos de la receta objetivo. Además, por ejemplo, si la desviación indica que hay demasiado de un ingrediente, se puede añadir agua adicional al lote y se pueden incrementar las cantidades de cualquier otro ingrediente hasta que la densidad cumpla con los datos de la receta objetivo. La ganancia de impulso se puede medir en tiempo real y de forma continua, y el proceso puede proporcionar una alerta o notificación a cualquier lectura de ganancia de impulso que indique heterogeneidad.
Después de la adición de cada ingrediente, también se mide la ganancia de impulso (por ejemplo, simultáneamente con la densidad), lo que determina si el lote 80 es monofásico o multifásico. Si la ganancia de impulso indica que hay heterogeneidad (por ejemplo, el lote 80 está multifase), esto proporciona una oportunidad de corregir dicha heterogeneidad en tiempo real. Por ejemplo, si la ganancia de impulso indica que hay sólidos no disueltos, aglomeración, cambios en la viscosidad o gases presentes, el lote 80 puede mezclarse más hasta que la ganancia de impulso vuelva a un valor que indique una mezcla homogénea o bien mezclada. Las mediciones de ganancia de impulso también se pueden usar para detectar cambios en la viscosidad o la microestructura del producto, que se pueden corregir en tiempo real, por ejemplo, mediante la adición de ingredientes adicionales.
El proceso puede proporcionar determinadas tolerancias para los cambios en la ganancia de impulso y puede proporcionar una alerta o notificación si los cambios en la ganancia de impulso exceden esas tolerancias, de modo que se puedan tomar medidas correctivas según sea necesario. En algunos modos de realización, el proceso proporcionará una alerta si la ganancia de impulso cambia más de un 1 %, un 2 %, un 5 % o un 10 %. Tras una alerta de este tipo, el sistema puede mezclar automáticamente el lote hasta que la ganancia de impulso se reduzca a un nivel que indique una mezcla homogénea o bien mezclada. Por ejemplo, el sistema puede medir la ganancia de impulso del agua solo como valor de referencia, antes de añadir cualquier ingrediente; a continuación, después de añadir cada ingrediente, puede mezclar el lote hasta que la ganancia de impulso se reduzca dentro de ± un 1 % de la ganancia de impulso de referencia de solo el agua.
En algunos modos de realización, el proceso para medir la densidad y la ganancia de impulso del proceso por lotes se puede usar para alinear diversas instalaciones de producción que usan diferentes equipos e insumos de diferente calidad procedentes de diferentes proveedores, lo que da como resultado la posibilidad de que se produzcan variaciones en las características de los lotes atribuibles a sus diferentes ingredientes, equipos y procesos. Al proporcionar un estándar cuantitativo objetivo con respecto al cual se pueden medir las características de los lotes en tiempo real, diferentes instalaciones pueden producir más fácilmente productos homogéneos. En algunos modos de realización, el proceso se puede usar en medidas de control de calidad específicas de la instalación. Al crear una receta o lote estandarizados como se describe anteriormente, diversas instalaciones pueden usar este proceso para determinar fácilmente si lotes posteriores cumplen con los estándares de calidad.
También es posible usar este proceso en equipos existentes modernizando el equipo con el dispositivo de densidad en línea. Por ejemplo, el dispositivo de densidad en línea se puede añadir a un proceso de producción existente sin requerir modificaciones significativas ni tiempos de inactividad del equipo. Un proceso o equipo por lotes existente para producir una bebida se puede modificar añadiendo un bucle de recirculación con un dispositivo de densidad en línea para medir la densidad y en relación con un proceso por lotes existente. La FIG. 1 ilustra un sistema ejemplar 50 con un bucle de recirculación 90 y un dispositivo de densidad en línea 100 que se podría añadir a un sistema existente para modernizarlo.
Los siguientes ejemplos ilustran cómo se puede usar este procedimiento para medir la densidad y la homogeneidad en un proceso por lotes para elaborar una bebida. Los ejemplos muestran cómo se realizan las mediciones, cómo se pueden comparar las mediciones con una receta estándar o con otros procesos que producen la misma bebida. Además, los ejemplos muestran que este procedimiento puede detectar incluso cambios leves en la densidad u homogeneidad que puedan afectar la calidad del lote. Estos ejemplos ilustran además que este procedimiento puede producir resultados de medición con casi la misma precisión que un aparato y procedimiento de medición de densidad fuera de línea más complejo.
Ejemplo 1
Un experimento probó la producción de dos lotes diferentes de sirope ("lote 1" y "lote 2"), comenzando con aproximadamente 40 galones (151,42 l) de agua. Ingredientes A, B, C, D, E, F, G, H e I se añadieron en secuencia. La tabla 1 muestra la secuencia y la masa de los ingredientes añadidos al lote 1 y al lote 2. Por tanto, por ejemplo, el ingrediente A se añadió al lote en dos momentos diferentes, en una cantidad total de 266 gramos, y el ingrediente G se añadió al lote 1 una vez y al lote 2 dos veces, en una cantidad total de 144 gramos para cada lote. La FIG. 6 muestra la densidad y la ganancia de impulso del lote 1 a lo largo del tiempo. El ejeyizquierdo muestra la densidad (g/cm3), el ejeyderecho muestra la ganancia de impulso, y el eje x muestra el tiempo (segundos). La línea 300 representa la densidad del lote a lo largo del tiempo y la línea 400 representa la ganancia de impulso a lo largo del tiempo.
Tabla 1
En este experimento, se incorporó un medidor de densidad (densímetro) Coriolis en un modo de bucle de recirculación para hacer un seguimiento exacto de la adición de ingredientes y de los cambios de densidad durante el proceso por lotes, de la manera descrita anteriormente. Inicialmente se añadió agua al depósito mezclador y el densímetro midió la densidad del agua. Cada ingrediente se añadió en forma de polvo sólido. Una vez que se añadió cada ingrediente a la mezcla, cada ingrediente pasó a través del medidor y provocó un aumento en la densidad del lote, como muestra la línea 300 de la FIG. 6, debido al efecto Coriolis. Cada pico o incremento brusco de densidad corresponde a la adición del ingrediente a la mezcla. Cada pico está etiquetado con una letra que corresponde al ingrediente que causó el pico. Una vez que se obtiene una mezcla bien dispersa, la lectura de densidad se estabiliza (lo que se muestra mediante las regiones de meseta entre cada pico en la FIG. 6). Además, la concentración de cada ingrediente se calculó en base a mediciones de densidad.
Además, el densímetro midió la ganancia de impulso del lote. La ganancia de impulso, mostrada por la línea 400 en la FIG. 6, indica la presencia de múltiples fases en el lote. Como se muestra en la FIG. 6, la ganancia de impulso alcanzó un pico en el momento en que se añadió cada ingrediente al lote y, a continuación, disminuyó hasta alcanzar el valor original o uno aproximado. La disminución de la ganancia de impulso después del pico indica que los polvos sólidos se disolvieron completamente en el líquido.
Como se muestra en la FIG. 6, la ganancia de impulso se incrementó después de la adición del ingrediente G y, a continuación, se estabilizó a un valor de ganancia de impulso superior al original. Esto se debe al hecho de que el ingrediente G atrapó aire, lo que afectó a las lecturas de densidad. La ganancia de impulso permaneció en un nivel ligeramente elevado después de la adición del ingrediente G, incluso después de que el lote se mezclara completamente. A pesar de la elevada ganancia de impulso, aún fue posible detectar cambios en la ganancia de impulso después de la adición de los ingredientes H e I.
En el lote 2 no se añadió el ingrediente D, el ingrediente C se añadió 3 veces (en comparación con 2 veces en el lote 1) y los ingredientes G e I se añadieron 2 veces cada uno (en comparación con 1 vez cada uno en el lote 1). La FIG. 7 muestra la densidad y la ganancia de impulso del lote 2 a lo largo del tiempo. El ejeyizquierdo muestra la densidad (g/cm3), el ejeyderecho muestra la ganancia de impulso, y el eje x muestra el tiempo (segundos). La línea 300 representa la densidad del lote a lo largo del tiempo y la línea 400 muestra la ganancia de impulso a lo largo del tiempo.
La FIG. 3 muestra una vista ampliada de la FIG. 7 en los momentos en que se añadió el ingrediente C durante el lote 2, representando la línea 300 la densidad (g/cm3) y representando la línea 400 la ganancia de impulso. Como se muestra en la FIG. 3, la línea 300 muestra tres picos, cada uno de los cuales corresponde a la adición del ingrediente C. De forma similar, la ganancia de impulso alcanza un pico en cada uno de esos momentos. Después del pico inicial para cada adición del ingrediente C, la línea 300 llegó a un estado estable con una densidad incrementada. La línea 400 muestra una ganancia de impulso incrementada después de la adición del ingrediente C, seguida de una reducción hasta la ganancia de impulso original anterior a la adición del ingrediente C. Esto indica que el ingrediente C no se disolvió inicialmente en el lote y que, después de un corto período de tiempo, se disolvió completamente en el líquido. Como se analiza en relación con el ejemplo 1, la FIG. 7 muestra un incremento similar en la ganancia de impulso durante el lote 2 después de la adición del ingrediente G.
Además de los ingredientes A-I, después de añadirse el ingrediente I al lote 2, se añadió gas al lote para comprobar la medición de la ganancia de impulso y la densidad. La adición de gas (etiquetada como "J" en la FIG. 7) provocó un pico notable en la ganancia de impulso y un descenso brusco de la densidad.
La FIG. 8 muestra una vista ampliada de la FIG. 7 en los momentos en que se añadió el ingrediente B, donde la línea 300 representa la densidad (g/cm3). El ingrediente B constituye menos de un 0,02 % de la masa total del lote, pero la FIG. 8 ilustra que es posible detectar pequeños cambios en la densidad causados por la adición de una masa muy pequeña de ingredientes. La FIG. 8 muestra dos picos, denominados "B", que corresponden a las dos fases de adición del ingrediente B al lote.
Los resultados de las mediciones del lote 1 y del lote 2 se pueden usar para ilustrar cómo se puede usar el densímetro para establecer un gráfico de densidad estandarizado que represente los datos de la receta objetivo y garantice la calidad de lotes posteriores. La FIG. 9 muestra una comparación de las densidades en el lote 1 y el lote 2. El ejeymuestra la densidad (g/cm3). Cada barra representa la densidad del lote después de añadirse un ingrediente. Por ejemplo, en el lote 1, el ingrediente C se añadió en dos fases, por lo que las barras 6 y 7 corresponden cada una a una adición del ingrediente C.
La FIG. 9 muestra la misma densidad en puntos donde la secuencia de adición de ingredientes del lote 1 coincide con el lote 2, pero muestra desviaciones de densidad cuando la secuencia de adición difería entre el lote 1 y el lote 2. Por ejemplo, se añadió la misma cantidad de ingrediente C tanto al lote 1 como al lote 2, pero el ingrediente C se añadió en dos fases en el lote 1 y en tres fases en el lote 2. Debido a la diferencia en la secuencia de adición, la densidad en 7 es menor para el lote 2 que para el lote 1 porque no se había añadido todo el ingrediente C al lote 2. Al comparar el lote 1 con el lote 2, se pueden determinar fácilmente las diferencias entre los lotes. Por tanto, si el lote 1 fuera la receta estandarizada, observando la FIG. 9 se puede determinar fácilmente cuándo y en qué medida el lote 2 se desvió del estándar.
Ejemplo 2
En otro experimento, se tomaron mediciones de densidad fuera de línea del lote 2 usando un instrumento de medición de densidad fuera de línea, y los resultados de las mediciones de densidad fuera de línea se compararon con las mediciones de densidad en línea.
El dispositivo de densidad en línea usado para medir la densidad para el lote 1 y el lote 2 tenía una exactitud de densidad de ± 0,1 kg/m3 (± 0,0001 g/cm3) y una repetibilidad de densidad de ± 0,02 kg/m3 (± 0,00002 g/cm3). Para mediciones de densidad fuera de línea, se usó un Anton Paar DMA 5000M. El dispositivo tenía una exactitud de densidad de ± 0,005 kg/m3 (± 0,000005 g/cm3) y una repetibilidad de densidad de ± 0,001 kg/m3 (0,000001 g/cm3).
La FIG. 10 muestra gráficamente la comparación de mediciones de densidad en línea con mediciones de densidad fuera de línea. La FIG. 10 muestra la concentración (% en masa de ingrediente) en el ejeyy la densidad (g/cm3) en el eje x. Como se muestra en la FIG. 10, las mediciones de densidad en línea fueron similares y casi idénticas a las mediciones de densidad fuera de línea, lo que indica que el procedimiento de medición de densidad en línea es al menos tan eficaz como los procedimientos de densidad fuera de línea. La FIG. 11 ilustra la diferencia entre las mediciones de densidad en línea y las mediciones de densidad fuera de línea del lote 2. Como se muestra en la FIG. 11, el ejeymuestra la densidad (g/cm3) y el eje x muestra la concentración de masa. Los puntos de datos mostrados en la FIG. 11 representan la diferencia entre las mediciones del dispositivo de densidad en línea y el dispositivo de densidad fuera de línea. La FIG. 11 ilustra que las mediciones del dispositivo de densidad en línea tienen muy pocos errores.
Como se usa en el presente documento, el término "completamente mezclado" o "bien mezclado" significa que el lote se ha mezclado de modo que los ingredientes se han disuelto o mezclado en el lote de modo que todos los componentes de la mezcla están completamente dispersos. Por ejemplo, si se añade polvo sólido al lote, el lote estará "completamente mezclado" o "bien mezclado" cuando el polvo ya no sea visible en el lote. Además, el lote puede estar "completamente mezclado" o "bien mezclado" si las fluctuaciones de densidad (por ejemplo, medidas por el densímetro) son inferiores o iguales a ± un 5 %.
Debe apreciarse que la sección "Descripción detallada", y no las secciones "Sumario" y "Resumen", tiene como finalidad interpretar las reivindicaciones. Las secciones "Sumario" y "Resumen" pueden exponer uno o más, pero no todos, los modos de realización ejemplares de la presente invención tal como los contemplan el/los autor(es) de la invención y, por lo tanto, no pretenden limitar la presente invención ni las reivindicaciones adjuntas de ninguna manera.
La presente invención se ha descrito anteriormente con la ayuda de bloques de construcción funcionales que ilustran la implementación de funciones específicas y sus relaciones. Los límites de estos bloques de construcción funcionales se han definido arbitrariamente en el presente documento para facilitar la descripción. Se pueden definir límites alternativos siempre que las funciones específicas y sus relaciones se realicen adecuadamente.
La descripción anterior de modos de realización específicos revelará de forma tan completa la naturaleza general de la invención, que otros podrán, aplicando los conocimientos propios de la técnica, modificar y/o adaptar fácilmente dichos modos de realización específicos a diversas aplicaciones, sin experimentación excesiva y sin apartarse del concepto general de la presente invención. Por lo tanto, se pretende que dichas adaptaciones y modificaciones estén dentro del significado y alcance de equivalentes de los modos de realización divulgados, en base a las enseñanzas y directrices presentadas en el presente documento. Debe entenderse que la fraseología o terminología del presente documento tiene fines descriptivos y no limitativos, de modo que la terminología o fraseología de la presente memoria descriptiva debe ser interpretada por el experto en la técnica en vista de las enseñanzas y directrices.
La amplitud y alcance de la presente invención no deben estar limitados por ninguno de los modos de realización ejemplares descritos anteriormente, sino que solo deben definirse de acuerdo con las reivindicaciones y sus equivalentes.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un procedimiento para hacer un seguimiento la calidad de una bebida producida de acuerdo con un proceso por lotes, comprendiendo el procedimiento:
    añadir un primer ingrediente al agua para formar un lote (80);
    mezclar el lote (80) hasta que el primer ingrediente esté completamente mezclado; posteriormente, añadir un segundo ingrediente al lote (80);
    mezclar el lote (80) hasta que el segundo ingrediente esté completamente mezclado;
    medir continuamente la densidad del lote (80) usando un dispositivo de densidad en línea (100); supervisar continuamente los cambios de densidad del lote (80);
    detectar continuamente desviaciones con respecto a una receta objetivo en base a los cambios de densidad; y
    corregir cualquier desviación detectada ajustando la densidad a la receta objetivo
    mediante la adición de más del primer ingrediente o del segundo ingrediente.
  2. 2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que:
    la etapa de detección comprende comparar las mediciones de densidad con los valores de densidad objetivo de una receta objetivo.
  3. 3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la etapa de medición, la etapa de supervisión y la etapa de detección se realizan mediante software en comunicación con el dispositivo de densidad en línea (100).
  4. 4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el software proporciona una alerta automática si la etapa de detección determina que la densidad del lote (80) se ha desviado de un valor de densidad objetivo de la receta objetivo en al menos un 1 %.
  5. 5. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además repetir las etapas de adición y mezcla para cinco ingredientes más.
  6. 6. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además medir el caudal másico.
  7. 7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el dispositivo de densidad en línea (100) comprende un densímetro.
  8. 8. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además, después de la adición del primer ingrediente y antes de la adición del segundo ingrediente:
    medir una ganancia de impulso del lote (80) usando el dispositivo de densidad en línea (100); determinar si el lote (80) está completamente mezclado en base a la ganancia de impulso medida; y
    mezclar el lote (80) hasta que la ganancia de impulso indique que el lote (80) está completamente mezclado.
  9. 9. Un procedimiento para detectar heterogeneidad en un proceso por lotes para producir una bebida, comprendiendo el procedimiento:
    mezclar un primer ingrediente en un lote (80) para formar la bebida; medir continuamente la ganancia de impulso del lote (80) usando un dispositivo de densidad en línea (100); supervisar continuamente los cambios en la ganancia de impulso;
    detectar continuamente heterogeneidad en el lote (80) en base a los cambios en la ganancia de impulso; y
    corregir cualquier heterogeneidad detectada antes de la adición de un segundo ingrediente; y añadir el segundo ingrediente al lote (80).
  10. 10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que la etapa de corrección comprende mezclar el lote (80) hasta que la ganancia de impulso indique la disolución completa del primer ingrediente en el lote (80).
  11. 11. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que la etapa de medición, la etapa de supervisión y la etapa de detección se realizan mediante software,
    en el que el software inicia automáticamente la etapa de corrección si la etapa de detección detecta heterogeneidad, y
    en el que la etapa de corrección comprende mezclar el lote (80) hasta que el lote (80) sea homogéneo.
  12. 12. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que los cambios en la ganancia de impulso corresponden a cambios en una propiedad del lote (80), y en el que la propiedad es una o más de una cantidad de burbujas de aire, una cantidad de sólidos no disueltos, una cantidad de aglomeración o viscosidad.
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