{"id":19782,"date":"2017-11-28T16:57:12","date_gmt":"2017-11-28T15:57:12","guid":{"rendered":"http:\/\/www.betelgeux.es\/blog\/?p=644"},"modified":"2023-08-23T09:36:58","modified_gmt":"2023-08-23T09:36:58","slug":"higienizacion-sostenible-mediante-cavitacion-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.christeyns.com\/es-es\/higienizacion-sostenible-mediante-cavitacion-2\/","title":{"rendered":"Higienizaci\u00f3n sostenible mediante cavitaci\u00f3n"},"content":{"rendered":"

La preocupaci\u00f3n medioambiental ha ido creciendo durante las \u00faltimas d\u00e9cadas, y constituye hoy uno de los grandes desaf\u00edos a los que se enfrenta la sociedad. Prueba de ello son las numerosas iniciativas que se abordan en todo el mundo a favor de la sostenibilidad o sustentabilidad. En la Uni\u00f3n Europea se adopt\u00f3 en 2015 un ambicioso programa sobre la econom\u00eda circular<\/a> a fin de estimular la transici\u00f3n de Europa desde un modelo lineal de crecimiento<\/strong> econ\u00f3mico (\u00abcoge, fabrica y tira\u00bb), hacia un modelo de econom\u00eda circular<\/strong> (\u00abreducir, reutilizar, reciclar\u00bb) que se ajuste a las necesidades de las modernas sociedades actuales para hacer el mejor uso posible de sus recursos. Tambi\u00e9n a las empresas les resulta de inter\u00e9s esta transici\u00f3n, ya que el uso adecuado de los recursos conduce a la disminuci\u00f3n de los costes.<\/p>\n

El concepto de higiene sostenible<\/a> aplicado a las operaciones de limpieza y desinfecci\u00f3n en las industrias de alimentos, forma parte del modelo de econom\u00eda circular y supone la optimizaci\u00f3n de estas operaciones, mejorando los procesos de higienizaci\u00f3n de forma que se reduzcan significativamente tanto los recursos utilizados (agua, energ\u00eda, detergentes, desinfectantes), como los residuos generados en estos procesos (aguas residuales). A continuaci\u00f3n, describimos la tecnolog\u00eda HPC<\/a><\/strong> (Higienizaci\u00f3n por Cavitaci\u00f3n), que utiliza la aplicaci\u00f3n combinada de ultrasonidos y productos qu\u00edmicos espec\u00edficos, para la higienizaci\u00f3n de determinados elementos de las industrias de alimentos de una forma eficiente y respetuosa con el medio ambiente.<\/p>\n

Como resultado de la investigaci\u00f3n desarrollada para optimizar los procesos de limpieza y desinfecci\u00f3n, Betelgeux ha dise\u00f1ado un innovador sistema de Higienizaci\u00f3n por Cavitaci\u00f3n (HPC<\/a>) que utiliza una combinaci\u00f3n sin\u00e9rgica de los ultrasonidos como fuente de energ\u00eda mec\u00e1nica con la gama de productos espec\u00edficos BETELENE\u00ae\u00a0US, que aportan energ\u00eda qu\u00edmica, para eliminar la suciedad y reducir la contaminaci\u00f3n microbiana en elementos de las industrias de alimentos.<\/p>\n

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Ultrasonidos<\/strong><\/p>\n

El sistema HPC funciona introduciendo los elementos a limpiar en un ba\u00f1o de agua, en el que est\u00e1n instalados emisores de ultrasonidos. La higienizaci\u00f3n se consigue por la acci\u00f3n combinada de las ondas de ultrasonidos, el uso de altas temperaturas del agua del ba\u00f1o (normalmente 70-80 \u00b0C) y la utilizaci\u00f3n de productos qu\u00edmicos (detergentes-desinfectantes) efectivos para la higienizaci\u00f3n.<\/p>\n

Para entender c\u00f3mo trabajan los ultrasonidos, es necesario entender primero c\u00f3mo se generan y se propagan las ondas de sonido. Una onda de sonido se inicia en un foco generador y se propaga mediante una vibraci\u00f3n mec\u00e1nica en un medio el\u00e1stico como puede ser el aire o el agua, con una velocidad de propagaci\u00f3n de las ondas sonoras que var\u00eda seg\u00fan el medio conductor (340 m\/s en aire y 1.540 m\/s en agua). Usualmente se considera que, de forma aproximada, el o\u00eddo humano percibe ondas sonoras entre los 20 Hz y los 20 kHz (20.000 Hz) de frecuencia. Esto determina cierto rango de valores de longitud de onda (\u03bb) del sonido audible por los seres humanos, que est\u00e1n comprendidos entre los 1,7 cm y los 17 m. La\u00a0frecuencia\u00a0(f) de una\u00a0onda sonora\u00a0es la cantidad de oscilaciones que se producen por unidad de tiempo y se mide en hertzios (Hz); est\u00e1 relacionada con la longitud de onda: a mayores frecuencias menores longitudes de onda. Existen, por tanto, dos franjas inaudibles para el o\u00eddo humano: las ondas de frecuencias inferiores a 20 Hz, que se llaman infras\u00f3nicas que son emitidas por algunos animales, como los elefantes y que tambi\u00e9n se generan en volcanes y terremotos, y las que poseen frecuencias superiores a los 20 kHz, que se denominan ultras\u00f3nicas o ultrasonidos (Figura 1). Estas \u00faltimas ondas, de alta frecuencia y longitud de onda corta (entre 20, 30 y 40 kHz), son las que tienen aplicaci\u00f3n en los procesos de higienizaci\u00f3n, gracias a su capacidad para producir el fen\u00f3meno conocido como cavitaci\u00f3n.<\/p>\n

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Figura 1. Rango de frecuencias de las ondas sonoras.<\/span><\/h6>\n

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\"rango-frecuencias\"<\/p>\n

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Cavitaci\u00f3n<\/p>\n

El fen\u00f3meno f\u00edsico de la\u00a0cavitaci\u00f3n\u00a0es un efecto\u00a0hidrodin\u00e1mico\u00a0que se produce cuando se crean cavidades de vapor dentro del\u00a0agua\u00a0o de cualquier otro\u00a0l\u00edquido, originadas por gradientes de presi\u00f3n en el seno del fluido. As\u00ed, por ejemplo, cuando un l\u00edquido pasa a gran velocidad por la arista afilada de una h\u00e9lice, se producen en ciertos puntos incrementos de velocidad que conducen a disminuir la presi\u00f3n (descompresi\u00f3n), como consecuencia del teorema de Bernoulli. Si se alcanza la presi\u00f3n de vapor\u00a0del\u00a0l\u00edquido, las\u00a0mol\u00e9culas\u00a0cambian inmediatamente a estado de\u00a0vapor, form\u00e1ndose burbujas de vac\u00edo o cavidades. Cuando estas cavidades\u00a0colapsan e implosionan, el vapor vuelve al estado l\u00edquido de forma s\u00fabita, produci\u00e9ndose una estela o micro-chorro (microjet) de elevada energ\u00eda que, al impactar sobre una superficie s\u00f3lida aporta una cantidad significativa de energ\u00eda mec\u00e1nica (Figura 2).<\/p>\n

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Figura 2. Colapso de la burbuja de cavitaci\u00f3n, formaci\u00f3n de un microjet e impacto sobre la superficie. Si el impacto se produce sobre una superficie con suciedad incrustada, el choque puede eliminar la suciedad. (Betelgeux, C-EQ-HPC-01, 2015).<\/span><\/h6>\n

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\"cavitacion-2\"<\/p>\n

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La cavitaci\u00f3n es un fen\u00f3meno indeseable que se produce en los \u00e1labes de los rodetes de bombas hidr\u00e1ulicas y en las h\u00e9lices propulsoras de embarcaciones. Cuando se produce cavitaci\u00f3n, las numerosas implosiones puede causar un da\u00f1o considerable a la superficie de los metales. Se separan las pel\u00edculas superficiales protectoras y se arrancan part\u00edculas de metal de la superficie; al mismo tiempo, la cavitaci\u00f3n puede incrementar la velocidad de corrosi\u00f3n (Figura 3).<\/p>\n

Sin embargo, debido a la energ\u00eda que los microjets pueden llegar a transmitir a superficies con suciedad incrustada, la cavitaci\u00f3n resulta muy \u00fatil en operaciones de limpieza, ya que aporta la energ\u00eda mec\u00e1nica necesaria para separar la suciedad de las superficies de trabajo. En este caso, la cavitaci\u00f3n se induce mediante la emisi\u00f3n de ondas sonoras en el rango ultras\u00f3nico (f > 20 kHz). Esta es una t\u00e9cnica com\u00fan, que se ha utilizado desde hace a\u00f1os para la limpieza en joyer\u00eda, en elementos mec\u00e1nicos y tambi\u00e9n en la limpieza de instrumental de laboratorio, pero para la industria alimentaria se trata de una nueva tecnolog\u00eda aplicada de nueva aplicaci\u00f3n.<\/p>\n

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Figura 3. Superficie picada de una h\u00e9lice de barco, erosionada debido a la cavitaci\u00f3n. Fotograf\u00eda: Erik Axdahl en Encyclop\u00e6dia Britannica Online. https:\/\/www.britannica.com\/science\/cavitation?oasmId=147890<\/span><\/h6>\n

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\"figura4\"<\/p>\n

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Los ultrasonidos, como otras ondas mec\u00e1nicas, causan compresiones y expansiones peri\u00f3dicas en los medios de propagaci\u00f3n (agua), que son las que provocan la formaci\u00f3n de las cavidades o burbujas de vac\u00edo en el l\u00edquido (Figura 4). Un emisor de ultrasonidos produce ondas de compresi\u00f3n en el l\u00edquido, que dejan tras de s\u00ed millones de \u00abhuecos\u00bb microsc\u00f3picos o \u00abvac\u00edo parcial\u00bb (cavitaci\u00f3n). En los ba\u00f1os de limpieza los ultrasonidos se generan mediante transductores\u00a0piezoel\u00e9ctricos, que utilizan materiales cer\u00e1micos como el titanato de bario (BaTiO3). Estos materiales vibran al ser sometidos a una corriente el\u00e9ctrica, de manera que convierten la energ\u00eda el\u00e9ctrica en otra de tipo mec\u00e1nico que se propaga en forma de onda con una frecuencia caracter\u00edstica en el rango ultras\u00f3nico.<\/p>\n

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Figura 4. Generaci\u00f3n de cavidades microsc\u00f3picas de vac\u00edo (microburbujas) producidas por las ondas ultras\u00f3nicas que parten de un emisor. En el dibujo inferior se observan las zonas de compresi\u00f3n y descompresi\u00f3n que hacen crecer a la microburbuja hasta que implosiona. Figura adaptada de K.S. Suslick: http:\/\/www.scs.illinois.edu\/suslick\/sonochembrittanica.html<\/span><\/h6>\n

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\"figura4\"<\/p>\n

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Las cavidades o microburbujas inducidas por la emisi\u00f3n de ultrasonidos tienen tama\u00f1os cr\u00edticos de unos 170 \u00b5m de di\u00e1metro y pueden alcanzar en su interior temperaturas de 5.000 \u00b0C y presiones de 1.000 atm. Su vida media, hasta que colapsan, es inferior a un microsegundo y cuando se produce el colapso o implosi\u00f3n, el microjet que se origina puede alcanzar velocidades muy elevadas: alrededor de 400 km\/h (111 m\/s), form\u00e1ndose al mismo tiempo radicales de elevada reactividad (Kenneth S. Suslick: The chemistry of ultrasound<\/a>).<\/p>\n

La alta velocidad que adquieren los microjets determina que en el punto donde impactan sobre una superficie sucia, transmitan una cantidad de energ\u00eda mec\u00e1nica (energ\u00eda cin\u00e9tica) suficiente para vencer las fuerzas de adhesi\u00f3n que mantienen a la suciedad unida a la superficie.<\/p>\n

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Objetivos y desarrollo de la tecnolog\u00eda HPC<\/strong><\/p>\n

Los objetivos que se han perseguido en el desarrollo de la tecnolog\u00eda HPC aplicada a las industrias de alimentos han sido los siguientes:<\/p>\n