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Sep 25, 2023

Dosificación de alta precisión de ingredientes secos para aplicaciones de alimentos húmedos para mascotas

Los métodos automatizados de manejo de materiales mejoran en gran medida la seguridad general de los alimentos para mascotas.

Los métodos automatizados de manejo de materiales mejoran en gran medida la seguridad general de los alimentos para mascotas.

Las ventas globales de alimentos húmedos para mascotas han visto un aumento reciente en el crecimiento debido a una mayor tendencia en la propiedad de gatos y perros pequeños por parte de los millennials, gen-Z-ers y baby boomers. Por ejemplo, los perros más pequeños se pueden alimentar de forma más económica con comida húmeda que los perros grandes. Además, la propiedad de gatos ha aumentado a nivel mundial, con un aumento significativo de la propiedad en los mercados de Asia y el Pacífico. Las tendencias añadidas a los alimentos para mascotas de humanización de los alimentos para mascotas (incluido el uso de proteínas vegetales), recetas sin cereales y con ingredientes premium personalizados presentan desafíos adicionales para los productores de alimentos húmedos para mascotas.

La adición precisa y automatizada de ingredientes secos, incluidos los mayores, menores y micros, al proceso de alimentos húmedos para mascotas es fundamental para mantener un bajo costo general de los ingredientes de alto valor, mejorar la calidad del producto y la eficiencia general del proceso. Además, los métodos automatizados de manipulación de materiales, como la transferencia neumática y la dispensación automática, eliminan los pasos típicamente manuales y mejoran en gran medida la seguridad general de los productos alimenticios para mascotas.

La adición de ingredientes secos al proceso de alimentos húmedos para mascotas generalmente ocurre en las etapas iniciales, antes de los pasos de mezcla y molienda. Mayores, menores y micros se pueden introducir desde una variedad de fuentes, incluidas cajas o tambores, estaciones de rotura de sacos o descargadores de supersacos/sacos a granel. Después de la descarga de estos métodos, normalmente se transfieren a un método de procesamiento por lotes de alta precisión, ya sea por pérdida o ganancia de peso para una dosificación precisa de los ingredientes, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Diagrama de proceso de muestra para la producción de alimentos húmedos para mascotas.

La dosificación correcta y automatizada de los ingredientes garantiza que se mantenga la calidad del producto, al tiempo que agrega flexibilidad adicional a la línea para varias recetas. A partir de este método de procesamiento por lotes, los ingredientes proporcionados se transfieren neumáticamente a un receptor con descarga directamente al mezclador o mezcladores que se encuentran debajo. Después de mezclar y moler, el producto generalmente se cocina con vapor (también conocido como el "paso de matar")

Figura 2: Receptor de filtro de acceso lateral Coperion K-Tron

para garantizar la seguridad del producto. Posteriormente al paso de cocción, se agrega la salsa o jalea al producto, además de cualquier ingrediente adicional, como verduras. Los pasos finales incluyen el enlatado, la esterilización y el empaque. Es importante tener en cuenta que la producción del gravy o salsa también puede incluir el suministro de ingredientes secos. La medición precisa y automatizada de estos ingredientes a menudo también se realiza mediante los métodos de transferencia y procesamiento por lotes que se describen a continuación.

La llegada y transferencia de ingredientes principales, secundarios y micro a una planta de alimentos húmedos para mascotas puede incluir varios tipos diferentes de sistemas de transporte. El modo de transferencia de los ingredientes depende de una amplia variedad de parámetros del proceso, incluidas las características del material, la distancia a transferir, la tasa de transferencia requerida y el tipo de contenedor en el que se recibió originalmente el ingrediente. Los sistemas PLC con control de recetas para múltiples ingredientes se pueden integrar fácilmente en este sistema de transferencia para permitir la máxima flexibilidad del sistema.

Dependiendo de los volúmenes requeridos, las posibles fuentes de entrega de ingredientes incluyen cajas, sacos, bolsas a granel o súper sacos. Se pueden usar sistemas de transporte neumático para transferir estos ingredientes en todos los pasos del proceso, utilizando el transporte en fase diluida de presión positiva o negativa. Los sistemas de transporte de presión positiva se utilizan normalmente para transportar materiales a granel a largas distancias y con un alto rendimiento. Las aplicaciones que involucran el transporte a presión a menudo incluyen la carga y descarga de recipientes de gran volumen, como bolsas a granel.

Por el contrario, los sistemas de vacío (presión negativa) a menudo se usan para volúmenes más bajos y distancias más cortas. Una de las ventajas de los sistemas de vacío es la succión hacia el interior creada por el soplador de vacío y la reducción de cualquier fuga de polvo hacia el exterior. Esta es una de las razones por las que los sistemas de vacío se utilizan a menudo en aplicaciones sanitarias o de contención de polvo más exigentes. Otra ventaja de los sistemas de vacío es el diseño simple para múltiples puntos de recogida. Sin embargo, cabe señalar que las distancias y los rendimientos posibles con un sistema de vacío están limitados debido al nivel finito de vacío que se puede generar.

Un sistema de vacío continuo utiliza una fuente de vacío continua y un receptor de filtro (Figura 2) con una válvula rotatoria debajo para mantener el vacío dentro del receptor y una salida constante al mismo tiempo. En un sistema secuencial de vacío, el receptor de vacío está equipado con una válvula de descarga. Cuando está cerrado, el sistema transfiere el material hasta que se alcanza un tiempo predeterminado o un nivel de llenado. Una vez que el receptor está lleno, o transcurrido el tiempo, se rompe el vacío y la válvula de descarga en el receptor se abre y descarga el material. En el caso de los receptores de secuenciación, se sopla un pulso de aire a través de los filtros dentro del receptor durante esta descarga, para evitar la acumulación de material en el medio filtrante y optimizar la eficiencia de transporte. El proceso se secuencia y se repite hasta que la cantidad especificada se entrega al siguiente proceso, como los mezcladores que se muestran en la Figura 1.

Es importante tener en cuenta que los sistemas de secuenciación de vacío generalmente permiten una mayor versatilidad en la recolección y los destinos del producto y, a menudo, también pueden utilizar una sola fuente de vacío para varios receptores, según las demandas del proceso posterior.

Después de la transferencia desde la fuente del material, los ingredientes generalmente se envían a la estación de procesamiento por lotes. Esta estación puede incluir dispositivos de dosificación volumétrica, como alimentadores de tornillo o válvulas, que entregan el producto a una tolva en celdas de carga. Este método se denomina procesamiento por lotes de ganancia en peso (GIW). Alternativamente, la estación puede incluir dispositivos de alimentación gravimétricos, como alimentadores de tornillo o vibratorios, montados en celdas de carga o básculas, que entregan el producto al proceso mediante alimentación por pérdida de peso (LIW). Como se describe a continuación, en algunos casos en los que se requieren pequeñas cantidades de microingredientes para un lote total, se pueden combinar ambos métodos: dosificadores LIW para los micro y menores, y dosificadores GIW para los ingredientes principales.

Figura 3: Tolva de escala Coperion K-Tron con válvula Aeropass en la parte superior

En los dispositivos dosificadores volumétricos de dosificación GIW, se alimentan secuencialmente varios ingredientes en una tolva de recolección montada en celdas de carga. Cada alimentador entrega aproximadamente el 90 % del peso del ingrediente a alta velocidad, disminuyendo la velocidad hacia el final del ciclo para entregar el último 10 % a una velocidad reducida para garantizar una mayor precisión. El controlador GIW monitorea el peso de cada ingrediente y envía una señal a cada dosificador volumétrico para que comience, aumente o reduzca la velocidad, o se detenga según corresponda. Una vez que se han entregado todos los ingredientes, el lote está completo y la mezcla se descarga en el proceso a continuación. Cabe señalar que este tipo de método de procesamiento por lotes es secuencial para cada ingrediente y, por lo tanto, generalmente da como resultado un tiempo total de procesamiento por lotes más largo que con el procesamiento por lotes LIW (descrito a continuación) si la cantidad de ingredientes es alta.

Cuando el procesamiento por lotes de ingredientes principales requiere la entrega de un solo ingrediente en varias estaciones o la entrega de múltiples ingredientes en un solo destino, se pueden usar tolvas de báscula con válvulas especiales Aeropass™ montadas sobre la tolva de báscula. Después de que el material fluidizado se descarga de una fuente como un silo o una bolsa a granel, generalmente cae a través de una válvula rotatoria, a través de un tamiz (si es necesario) y luego se dosifica en la línea de transporte mediante otra válvula rotatoria. Una vez en la línea de transporte, se transporta a la válvula Aeropass, ubicada sobre una tolva de báscula, como se muestra en la Figura 3. Las tolvas de báscula reciben tolvas suspendidas en celdas de carga para el pesaje de lotes de ingredientes. El material reside en la tolva de la báscula hasta que se logra el peso y/o la combinación de materiales precisos. Con el sistema de pesaje de báscula, se pueden esperar precisiones de pesaje de +/- 0,5 % de la capacidad total de la báscula. Una vez que se ha alcanzado el peso deseado, el mezclador pide material, se abre una válvula de mariposa y se descarga el material en la tolva de la báscula.

Figura 4: Un sistema de procesamiento por lotes por aumento de peso Coperion K-Tron en una aplicación de alimentos

El procesamiento por lotes de LIW que utiliza alimentadores de tornillo de alta precisión, como los que se muestran en la Figura 4, proporciona una precisión significativa y una ventaja de tiempo de proceso sobre las técnicas tradicionales de procesamiento por lotes de GIW. El procesamiento por lotes LIW se usa cuando la precisión de los pesos de los ingredientes individuales en el lote completo es crítica o cuando los tiempos del ciclo del lote deben ser muy cortos. Los alimentadores gravimétricos que funcionan en modo por lotes alimentan simultáneamente múltiples ingredientes en una tolva de recolección. El ajuste de la velocidad de entrega (encendido/apagado, rápido/lento) recae en los controles del alimentador LIW y los sistemas de pesaje más pequeños entregan lotes de alta precisión para cada ingrediente. Una vez que se han entregado todos los ingredientes, el lote está completo y la mezcla se entrega al proceso a continuación. Dado que todos los ingredientes se entregan al mismo tiempo, el tiempo total del lote, así como los tiempos de procesamiento posteriores, se reducen considerablemente. Este método de procesamiento por lotes se usa a menudo para ingredientes de alto valor debido al requisito de alta precisión de su peso en la mezcla, así como al costo de los ingredientes.

Como se muestra en la Figura 5, en el proceso por lotes LIW, la cantidad real de producto que sale del alimentador se determina midiendo la diferencia o pérdida de peso. Al igual que con el procesamiento por lotes GIW, el primer 90 % del peso del lote (según lo determinado por la receta preprogramada) se alimenta a una velocidad rápida mediante los tornillos de alimentación. El último 10 % se alimenta en un modo de "goteo" más lento para garantizar un peso de lote preciso, alcanzando precisiones de ± 0,1 % del punto de ajuste deseado. En este ejemplo, el módulo de control Coperion K-Tron (KCM) utiliza el software de control LIW Batcher para regular la velocidad de entrega (encendido/apagado, rápido/lento) y también ofrece la posibilidad de cambiar rápidamente los puntos de ajuste del lote según los requisitos de empaque para cada producto

Figura 5: Dosificación por pérdida de peso (izquierda) frente a dosificación por aumento de peso (derecha)

Los alimentadores gravimétricos de Coperion K-Tron cuentan con celdas de carga digitales para medir constantemente el peso del ingrediente que se entrega al proceso a continuación. La alimentación LIW ofrece una amplia capacidad de manejo de materiales y, por lo tanto, sobresale en la alimentación de una amplia gama de materiales, desde tasas bajas a altas.

Todos los alimentadores Coperion K-Tron LIW utilizan tecnología de celda de carga digital Smart Force Transducer (SFT) patentada. Esta tecnología tiene una resolución de 1 parte en 8.000.000 en 20 ms e incluye filtración de vibraciones y compensación de temperatura que permiten controlar el alimentador segundo a segundo con niveles de rendimiento sin precedentes.

Para obtener información adicional e información de aplicación sobre extrusión, alimentación y manejo de materiales para todos los procesos de alimentos y golosinas para mascotas, consulte www.coperion.com/petfood.