Importância do caudal adequado nos processos de limpeza in situ (cip)

A limpeza CIP (Clean In Place) é um método amplamente utilizado em indústrias como a alimentar, farmacêutica e de bebidas para limpar equipamentos e tubagens sem necessidade de os desmontar. Este processo é essencial para manter elevados padrões de higiene, garantir a qualidade do produto e cumprir os regulamentos sanitários. Além disso, a eficiência do processo é também um aspeto fundamental do ponto de vista económico, devido à redução do tempo de limpeza, do consumo de produtos químicos, do consumo de energia e dos efluentes.

Dentro dos 4 fatores básicos de um processo de limpeza definidos por Sinner em 1960 (ação química, temperatura, tempo e ação mecânica), um aspeto crítico do CIP é este último. Em processos fechados, o único método de aplicação de ação mecânica é o caudal do fluido ou solução de limpeza, pelo que este fator desempenha um papel vital na eficiência e eficácia do processo. Embora se trate de um campo muito vasto com muitas variáveis, neste artigo, vamos explorar a razão pela qual é crucial aplicar um caudal adequado durante a CIP e o seu impacto nos resultados da limpeza.

O que é a limpeza cip?

A limpeza CIP é um método automatizado que envolve a circulação de soluções de limpeza através de sistemas de produção para remover resíduos e contaminantes.

O processo CIP padrão geralmente inclui várias etapas:

1. Pré-enxaguamento: A água é utilizada para remover resíduos grandes e solúveis. Nas unidades CIP, nesta fase, a água do enxaguamento das fases detergentes é geralmente reutilizada a partir do depósito de água recuperada.
2. Limpeza com detergente: É aplicada uma solução detergente para dissolver e remover os resíduos gordurosos e proteicos. Trata-se geralmente de soluções alcalinas com aditivos tensioativos que reduzem a tensão superficial, melhoram a capacidade emulsionante das gorduras, controlam a formação de espuma, agentes sequestrantes e complexantes que melhoram a dispersão dos resíduos e reduzem a precipitação de minerais. Esta diluição deve ser utilizada, no mínimo, à mesma temperatura a que o produto foi processado na instalação, sendo sempre recomendada a temperatura mínima de 70ºC, exceto se for utilizado um produto alcalino clorado, nesse caso não deve ultrapassar os 60ºC.
3. Enxaguamento intermédio: A água é utilizada para remover o detergente residual do sistema, que, como já foi referido, é recuperado para pré-enxaguamento para limpeza subsequente. É importante que todos os vestígios de solução alcalina sejam removidos para que não interfiram na desinfeção posterior.
4. Desinfeção: É aplicado um desinfetante para eliminar os microrganismos. Recomenda-se a utilização de desinfetantes à base de ácido peracético devido à sua elevada capacidade microbicida, à sua eficácia em doses baixas e à facilidade de enxaguamento.
5. Enxaguamento final: É utilizada água para remover qualquer resíduo de desinfetante da instalação.

Em função do tipo de indústria, do tipo de fluido processado, da qualidade da água, da instalação disponível, etc., podem ser introduzidas muitas variações deste processo padrão pormenorizado. Por exemplo, a inclusão de uma fase intermédia de limpeza com ácido, ou a desinfeção com água quente em vez de um desinfetante químico. Outra opção muito comum seria a utilização de produtos monofásicos com capacidade detergente e desinfetante, ou a utilização de produtos ácidos para evitar a carbonatação da soda, nas fábricas de cerveja.

Importância do caudal no processo cip

O caudal refere-se à quantidade de fluido que se desloca através do sistema por unidade de tempo.  O caudal que flui paralelamente a uma superfície gera uma força de cisalhamento nesta superfície ou no resíduo aderente a ela. Quanto maior for a velocidade do fluido, maior será a turbulência e, por conseguinte, melhor será o efeito mecânico. Indiretamente, o fluxo de fluido transporta o fluido de limpeza, que contém a energia química (o detergente) e a energia térmica (o calor transferido).

No contexto da CIP, o caudal correto é crucial por várias razões:

1. Eficácia de Remoção da Sujidade: Um caudal adequado assegura que as soluções de limpeza têm energia suficiente para desalojar e transportar os contaminantes das superfícies internas do equipamento e das tubagens. Um caudal insuficiente pode resultar numa limpeza incompleta, deixando resíduos que podem afetar a qualidade do produto final (ver imagem anexa do interior de um permutador de calor de placas com resíduos após o processo de limpeza, devido à falta de caudal).
2. Cobertura Completa: Um caudal adequado assegura que todas as áreas internas do equipamento são alcançadas pela solução de limpeza. Em sistemas complexos com vários tubos e ligações, um caudal insuficiente pode resultar em zonas de sombra onde a solução de limpeza não chega adequadamente a todos os pontos ou chega com turbulência insuficiente, exigindo, na melhor das hipóteses, muito mais tempo para ficar limpa.
3. Efeito de Arrastamento: O efeito de arrastamento refere-se à capacidade do fluido de limpeza para transportar e remover resíduos sólidos e semissólidos não dissolvidos. Um caudal elevado aumenta este efeito, assegurando que os resíduos não são depositados de novo e são eficientemente removidos do sistema.
4. Velocidade do Fluido: A velocidade do fluido é diretamente proporcional ao caudal. Uma velocidade baixa é típica de um regime laminar, enquanto uma velocidade mais elevada aumenta a energia cinética do fluido e a turbulência, o que melhora a ação de limpeza mecânica. Isto é particularmente importante para a remoção de resíduos de gorduras e proteínas precipitadas que aderem às superfícies internas, bem como para a prevenção da formação de biofilme.
5. Otimização do Consumo de Recursos: Um caudal bem ajustado pode reduzir o consumo de água e de soluções de limpeza, resultando numa maior eficiência económica e num menor impacto ambiental. É importante encontrar um equilíbrio, uma vez que os caudais excessivos podem levar ao desperdício de recursos sem melhorar significativamente a limpeza. Um bom exemplo seriam as bolas perfuradas utilizadas para a limpeza de tanques: um caudal excessivo pode levar à atomização do fluido e à perda de efeito mecânico.

Determinação do caudal adequado

A determinação do caudal adequado para um processo de limpeza CIP depende de vários fatores, incluindo a conceção do equipamento, a natureza dos resíduos e as caraterísticas dos elementos de limpeza.

Trata-se de um domínio muito vasto que inclui muitos aspetos, mas aqui estão algumas considerações fundamentais:

1. Desenho do Sistema: Os sistemas CIP devem ser concebidos tendo em conta o caudal necessário para garantir uma limpeza eficiente. Isto inclui a seleção de bombas e tubagens adequadas para manter o caudal ideal. Para cada diâmetro de tubagem, cada equipamento de processo, cada dimensão de tanque e respetivo elemento de limpeza, é necessário definir um caudal mínimo e um caudal máximo para uma limpeza adequada. Assim, à medida que se realizam processos de limpeza com diferentes equipamentos, é necessário definir o caudal adequado para todos os elementos do circuito. As perdas de carga do sistema também devem ser calculadas para dimensionar as bombas de alimentação e de retorno.
2. Equipamentos ou elementos a limpar: Os fabricantes definem normalmente o caudal adequado para a limpeza. No entanto, regra geral, o equipamento de produção necessitará de, pelo menos, 1,5 ou 2 vezes o caudal do processo para limpeza, pelo que, ao conceber a instalação, este aspeto deve ser tido em conta ao instalar bypass ou bombas adicionais, etc.
3. Tipo de Resíduos: A natureza dos resíduos também influencia o caudal necessário. Os resíduos gordurosos e proteicos precipitados pelo efeito da temperatura podem exigir um caudal mais elevado para serem removidos eficazmente.
4. Normativos e Recomendações: Os Regulamentos Sanitários e as recomendações dos fabricantes de equipamento podem fornecer orientações sobre os caudais ideais para diferentes aplicações CIP. Normalmente, a título de exemplo, os organismos internacionais definem uma velocidade do fluido nas tubagens entre 1,5 e 2,5 m/s. Existem guias de conceção e construção, como os publicados pelo European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG), que podem fornecer muito mais informações sobre este assunto.
5. Impossibilidade de inspeção: As instalações que são limpas por processos CIP geralmente não podem ser inspecionadas após a limpeza e antes da utilização. Por isso, é essencial definir e ajustar o caudal de limpeza às piores condições possíveis. É necessário dedicar muita atenção à conceção inicial e às fases de validação subsequentes do processo de limpeza e desinfeção de cada instalação.

Caudal ideal nos processos de limpeza CIP - chave para uma limpeza eficiente e sustentável

O caudal correto é um componente crítico nos processos de limpeza in situ (CIP). Não só garante uma limpeza eficiente e completa do equipamento, como também otimiza a utilização de recursos e assegura o cumprimento das normas de qualidade e higiene. A determinação do caudal correto requer uma compreensão detalhada do sistema, dos fluidos de limpeza e da natureza dos resíduos.

A implementação do caudal correto não só melhora a eficiência do processo CIP, como também contribui para a sustentabilidade e rentabilidade das operações industriais.

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Referências

Anon (2000), A method for the in-place cleanability of food processing equipment, EHEDG, www.ehedg.org

Jensen, B.B.B. and Friis A. (2005a) Predicting the Cleanability of Mix-proof Valves by use of Wall Shear Stress, Journal of Food Process Engineering (Accepted Sep. 2004).