20 de enero de 2025
Sensación de filtración: el principio de la lavadora
La innovación en ingeniería ofrece a menudo unas ganancias incrementales. De vez en cuando, da un salto. Un ejemplo: La lavadora. Lanzadas en septiembre de 2022, dos nuevas soluciones de software de GEA están dando un vuelco a lo tradicional y proporcionando ganancias de eficiencia igualmente espectaculares en el proceso de filtración por membranas, que consume muchos recursos.
La proteína de lactosuero ha experimentado un cambio a lo largo de los años. Durante milenios, se trató en gran medida como un producto de desecho del proceso de elaboración del queso. Ya no. Hoy en día es apreciada por consumidores jóvenes y mayores como una fuente conveniente de proteína biodisponible –para construir músculo, controlar el peso o apoyar la salud ósea, inmunológica y de la piel, por nombrar algunos de sus beneficios. La demanda se ha disparado. En 2022, el mercado mundial de proteína de lactosuero estaba valorado en casi 20.000 millones de dólares y se prevé que se duplique para 2032.
Smart Filtration CIP y Smart Filtration Flush de GEA son soluciones digitales que optimizan los procesos de limpieza dentro de una unidad de filtración por membranas de GEA (ósmosis inversa). (Imagen: GEA)
El momento bombilla
A partir de 2020, los ingenieros de GEA Nils Mørk y David Mikkelsen, junto con un equipo del Centro de Competencia de GEA para Tecnologías de Filtración por Membrana, empezaron a desarrollar un par de soluciones digitales que ahora están reduciendo radicalmente el agua y la electricidad necesarias durante la limpieza de las membranas. Actualmente hay patentes pendientes para ambas soluciones. “Podría decirse que nos inspiramos en una lavadora”, dice Mørk con una sonrisa. En lugar de agitar constantemente la ropa, las lavadoras de bajo consumo de hoy en día permiten intervalos de descanso para conservar la energía –un enfoque como la funcionalidad prevista, que llevó al equipo a descubrir la solución CIP Smart Filtration, que sustituye al proceso CIP estándar. “Durante décadas, el proceso de limpieza de las membranas de filtración ha consistido en aplicar una presión máxima continua a través de las membranas para garantizar unas fuerzas de cizallamiento elevadas y un fuerte flujo de aclarado para conseguir el mejor lavado mecánico”, explica Mørk. “Desafiamos la percepción de que se necesita una tensión elevada y constante para una limpieza eficaz y completa”. Su resultado fue utilizar un software para pulsar las bombas de presión en lugar de hacerlas funcionar continuamente. “Resulta que podemos conservar la eficacia del proceso CIP consumiendo mucha menos energía eléctrica”.
Un equipo del Centro de Competencia de GEA para Tecnologías de Filtración por Membranas se reunió para desarrollar las soluciones Smart Filtration CIP y Smart Filtration Flush. (Imagen: GEA)
Significativo podría ser un eufemismo. Para obtener la misma eficacia de limpieza, su software CIP Smart Filtration reduce el consumo de energía hasta en un 46%. Para una gran planta de proteína de lactosuero que realice un ciclo CIP una vez al día, esto se traduce en un ahorro de energía de hasta 400 kWh al día y casi 150.000 kWh al año, suficiente para abastecer a unos 40 hogares alemanes durante un año.
Además, la pulsación de los circuitos de limpieza requiere menos energía para mantener las temperaturas, lo que significa que se necesita mucha menos agua de refrigeración durante la limpieza CIP. “Si no se añaden 400 kilovatios, no es necesario eliminar 400 kilovatios de calor”, afirma Mads Bjerre Andersen, director técnico de ventas de tecnologías de filtración por membranas de GEA. “Es otro gran ejemplo del aumento de la eficiencia, y estamos viendo que los clientes vuelven y eligen las soluciones de GEA porque nuestros gastos operativos (OPEX) son ahora mucho menores que los de la competencia”.
El software asociado a Smart Filtration CIP es Smart Filtration Flush, que gestiona el lavado del equipo de filtración. “El enfoque convencional consiste en determinar la duración del ciclo de descarga en función del volumen de agua utilizado. Se basa en datos pasados, por lo que sigue siendo una aproximación, y subóptima”, explica Mikkelsen. Gracias a la moderna tecnología de sensores, el nuevo software del equipo mide las propiedades del producto en tiempo real para que los operarios sepan exactamente cuándo se han purgado suficientemente los flujos individuales del proceso. En cuanto se alcanzan los resultados, el proceso se detiene. “El tiempo de descarga y el volumen de agua se optimizan basándose en mediciones reales en línea, no en el volumen de agua utilizado”, afirma Mikkelsen.
También en este caso los resultados son impresionantes. El programa reduce el consumo de agua dulce durante la limpieza CIP hasta en un 52% en comparación con los sistemas convencionales de filtración por membranas. “Un proceso típico de concentración de proteína de lactosuero necesita de dos a cuatro plantas de filtración interconectadas, una configuración que puede requerir más de 100.000 litros de agua por ciclo de limpieza”, explica Mikkelsen. “Hoy sabemos por pruebas en planta que podemos ahorrar hasta 50.000 litros de agua por limpieza en plantas tan grandes y de 500 a 700 litros por CIP en producciones pequeñas”. Utilizando el software, una sola gran planta podría ahorrar hasta 100.000 litros al día y unos 36 millones al año, suficiente para abastecer a unos 400 hogares alemanes. “Un lavado más eficaz significa también menos tiempo necesario para la limpieza CIP, lo que se traduce en un mayor tiempo de actividad de producción”, afirma Mikkelsen. “Una menor entrada de agua significa también una menor carga hidráulica en el sistema de aguas residuales”.
La central lechera de Ammerland, en el norte de Alemania, produce más de 400 toneladas métricas de queso al día, entre otros productos.
Supercarga de digitalización
El avance ofrece un ejemplo excelente de cómo liberar el poder de la digitalización para lograr una innovación que ahorre recursos, un objetivo central de la estrategia Misión 2030 de GEA. Este ahorro de recursos suele realizarse en forma de aumentos graduales de la eficacia; en este caso fue más bien un salto. “A veces encuentras una solución como la nuestra y te das cuenta de que puedes operar con mucha menos energía y agua simplemente echando un vistazo crítico a los procesos existentes”, dice Mikkelsen. “Y la digitalización ha sido un regalo para nosotros. Estamos extrayendo mucha más información de las bombas y los caudalímetros, y de otros instrumentos de proceso, aprendiendo sobre el efecto real de las diferentes velocidades y las diferentes bombas en el consumo de energía y agua. Esto elimina las conjeturas del proceso y proporciona una enorme ventaja para impulsar la eficiencia de los recursos de costes para nuestros clientes”.
El equipo de GEA instaló recientemente el software CIP y Flush en la central lechera de Ammerland, en el norte de Alemania. Ammerland, una de las cooperativas lácteas más grandes y modernas del mundo, produce 400 toneladas métricas de queso al día, además de 60 toneladas métricas de mantequilla y 160 toneladas métricas de leche en polvo, y exporta la mitad de sus productos a más de 60 países. En abril de 2024, la planta de producción de Ammerland en Wiefelstede reequipó el software Smart Filtration CIP y Smart Filtration Flush de GEA en tres plantas de filtración por membranas para optimizar la limpieza de la filtración por membranas. Esto incluía una planta de filtración por membranas de un proveedor ajeno a GEA. En noviembre de 2024, Ammerland había reducido su consumo de agua en un 48% y el de energía hasta en un 77% en el proceso CIP.
“Considere el gran número de plantas de filtración por membranas de flujo cruzado que operan en todo el mundo. ´El potencial total de reducción del consumo de energía y el impacto medioambiental es sustancial”, dice Mørk. “Es estupendo ver cómo esta solución digital tiene un impacto tan profundo en el consumo de energía”.
Add Better en acción
Smart Filtration CIP
- reduce el consumo de energía eléctrica hasta un 46% durante la limpieza Smart CIP
- requiere menos agua de refrigeración para mantener una temperatura constante, por lo que también se puede reducir el suministro de agua de refrigeración de una fábrica, recuperando así los costes de instalación
- es estándar en todas las nuevas instalaciones de filtración por membranas de GEA, pero también puede adaptarse a sistemas que no sean de GEA (en lácteos, bebidas y New Food)
Smart Filtration Flush
- consume hasta un 52% menos de agua durante el lavado CIP
- es más eficaz en el lavado, lo que significa menos tiempo necesario para la limpieza CIP y un mayor tiempo de actividad de la producción
- vierte menos aguas residuales en la depuradora
- reduce el consumo de agua y los costes totales de instalación de agua en la planta de filtración por membranas.
