Monitoreo de viscosidad en línea para optimizar líneas de llenado en productos de cuidado del consumidor

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Tabla de Contenido

• 1. Introducción
• 2. Líneas de llenado en productos de cuidado del consumidor
• 2.1 Aplicaciones clave
• 2.2 La importancia de la viscosidad y la densidad en las líneas de llenado de productos de cuidado del consumidor
• 2.3 Proceso de producción/aplicación
• 3. Rheonics Descripción general de los sensores en línea tipo SR
• 3.1 Certificación higiénica
• 4. Instalación recomendada
• 4.1. Consideraciones sobre la instalación mecánica
• 4.1.1. Requisitos de instalación de SRV y SRD
• 4.1.2. Requisitos adicionales de instalación de SRD
• 4.2. Solución común por Rheonics
• 5. Condiciones del proceso y mejores prácticas
• 6. referencias

Los fabricantes de productos para el cuidado personal requieren precisión en la formulación y el envasado para garantizar la consistencia del producto, la seguridad del consumidor y el cumplimiento normativo. Las líneas de llenado son fundamentales en este proceso y se enfrentan a diversos desafíos, como la manipulación de productos con una amplia gama de viscosidades, la prevención de la formación de espuma o hilos durante la dispensación y la garantía de un contenido neto preciso en diferentes formatos de envasado.

La variabilidad de la viscosidad y la densidad de las materias primas y el producto final, la sensibilidad a la temperatura y la estabilidad entre lotes durante el proceso complican la producción. Generalmente, se utilizan métodos tradicionales de muestreo de laboratorio, pero estos proporcionan información ocasional que no permite capturar cambios en tiempo real en las propiedades del fluido. Por otro lado, las mediciones en línea ofrecen una visibilidad continua y en tiempo real del proceso, lo que permite una respuesta de control más rápida.

Rheonics Los sensores ofrecen importantes ventajas operativas y económicas para las líneas de llenado de productos para el cuidado del consumidor, yendo más allá de la precisión de la medición para mejorar la eficiencia, la confiabilidad y el ahorro de costos:

• Mida con precisión la viscosidad, consistencia, densidad, concentración y temperatura de los productos de cuidado del consumidor.

• Ofrece un rendimiento confiable en condiciones de alta presión y temperatura.

• Compatible con CIP y certificado por EHEDG, con conexiones de proceso higiénicas como Tri-Clamp, Varinline y más.

• Fácil integración con sistemas PLC/DCS a través de Profinet, Modbus, Ethernet/IP, salidas de 4–20 mA y más.

• Calibrado de fábrica y adecuado para cualquier fluido; no requiere recalibración.

• Mejore la eficiencia de la línea, reduzca el desperdicio de producto y los lotes rechazados, lo que se traduce en una inversión compensada en sensores durante el primer año.

Los productos de cuidado personal, como champús, lociones, cremas, geles y pastas dentales, requieren un control preciso de la producción. Las líneas de llenado de estos productos requieren un control preciso de las propiedades reológicas, como la viscosidad y la densidad. Esto garantiza la estabilidad del producto y una dosificación uniforme durante el envasado y el control de calidad.

Estos productos se pueden clasificar en dos grupos principales: líquidos y semisólidos, y pueden envasarse en diferentes tipos de envases, como botellas, sobres, tubos, frascos y aerosoles.

Los productos de cada categoría requieren un tipo de embalaje específico que requiere técnicas de fabricación diferentes. Estas incluyen:

Contenedores rígidos (Botellas, Dispensadores y Frascos)

Generalmente fabricados en plástico y, en ocasiones, en vidrio, son la presentación más común, diseñada para líquidos ligeros y productos cremosos (p. ej., champús, acondicionadores, detergentes líquidos, jabones líquidos, enjuagues bucales, cremas y lociones). Algunos métodos de llenado comunes son por gravedad, rebosadero, pistón, bombas de cavidad progresiva o llenado al vacío.

Sobres (bolsas flexibles)

También son comunes para productos líquidos y cremosos, pero son populares en el mercado masivo por su presentación económica y sencilla. Requieren procesos de llenado diferentes, como sistemas de formado-llenado-sellado (FFS) o de llenado de bolsas con bombas dosificadoras.

Tubos

Común para productos semisólidos como pasta de dientes, geles, ungüentos y cremas. Los tubos suelen ser de plástico o aluminio, se llenan con un pistón o una bomba y luego se sellan.

Botes de spray (Aerosol, Presentación de atomización)

Se encuentra en productos como desodorantes, espumas de afeitar, lacas para el cabello y algunos productos para el cuidado de la piel. Estos requieren la manipulación tanto de la fórmula líquida como del propelente (gas comprimido o licuado).

La viscosidad mide la resistencia de un fluido a fluir. En aplicaciones de llenado para el sector de la salud, afecta el movimiento de los productos por la línea, la precisión de su dispensación y la limpieza de su envasado.

• Precisión de llenado y dispensación: La viscosidad determina si un producto fluye suavemente a través de las boquillas o crea problemas como formación de hilos, goteos o salpicaduras.

• Estabilidad y vida útil del producto: La viscosidad adecuada ayuda a que las emulsiones y suspensiones permanezcan estables, evitando la separación de fases, la sedimentación o la degradación de la textura.

La densidad se refiere a la masa de un material por unidad de volumen. En aplicaciones de llenado para productos de cuidado personal, está directamente relacionada con la consistencia del producto, la conformidad del envase y la calidad de la formulación.

• Control de contenido neto: La densidad afecta la relación volumen-masa, garantizando que los contenedores cumplan con los requisitos de peso o volumen declarados y evitando el llenado insuficiente o excesivo.

• Consistencia de la formulación: Las variaciones en la densidad podrían indicar desviaciones en las proporciones de la materia prima, efectos de la temperatura o inestabilidades del proceso que pueden alterar el rendimiento del producto.

Todos los procesos de llenado comienzan en un mezclador o tanque de preparación, donde el producto se prepara o se almacena después de la producción para mantener una mezcla y homogeneización adecuadas. En esta etapa, el monitoreo de la densidad y la viscosidad ayuda a garantizar la uniformidad del producto, lo que impacta directamente en la calidad del llenado posterior y la consistencia del lote. Desde aquí, la mezcla puede dirigirse a diferentes procesos de llenado. Normalmente, el producto se bombea primero a un tanque de almacenamiento, donde se pueden instalar sensores a lo largo de la línea de transferencia o en el propio tanque de almacenamiento para monitorear el producto final antes del llenado.

Para procesos de llenado por gravedad y por desbordamiento (Figura 7)Se pueden instalar sensores en el tanque de almacenamiento o en la línea de transferencia para monitorear el estado del producto antes del llenado, garantizando así una fluidez adecuada a través de las líneas de llenado. Esto garantiza un rendimiento repetible del lote y reduce el riesgo de lotes fallidos debido a inconsistencias en el flujo.

Para procesos de llenado de aerosoles y de formado-llenado-sellado (FFS) (Figura 8)Se pueden colocar sensores antes de las boquillas de llenado para verificar que el producto se mantenga en el estado correcto para la inyección. La monitorización en esta etapa ayuda a prevenir la obstrucción de las boquillas y el llenado excesivo o insuficiente del producto, garantizando así un llenado adecuado de la masa neta en sobres y aerosoles.

También encontramos procesos que involucran fluidos altamente viscosos como semisólidos o pastas, ejemplos incluyen pasta de dientes, geles, ungüentos y cremas, donde los productos generalmente se envasan en tubos, (Figura 9)Este proceso se asemeja más a un sistema de extrusión: el producto se carga primero en una tolva y luego se alimenta mediante una bomba dosificadora de pistón que inyecta el material en el tubo antes de sellarlo. En esta configuración, el sensor puede instalarse en la línea de alimentación del producto o en la tolva para supervisar su estado y garantizar una correcta fluidez a través de las boquillas de inyección. Como alternativa, el sensor puede colocarse en la propia línea de inyección; sin embargo, esto solo es práctico cuando el producto se inyecta en un proceso continuo, en lugar de en ciclos de llenado cortos y unitarios.

Rheonics Los sensores tipo SR (SRV y SRD) proporcionan mediciones continuas en línea de viscosidad, densidad y temperatura para la monitorización y el control de procesos. El SRV está diseñado para medir la viscosidad y la temperatura, mientras que el SRD añade densidad a la medición.

Estos sensores vienen calibrados de fábrica y no requieren recalibración durante su vida útil. Sin embargo, los clientes podrían requerir calibración o verificación de los instrumentos utilizados en su industria como parte de su control de calidad. Se pueden realizar reajustes o correcciones de compensación opcionales si es necesario para que coincidan con referencias específicas.

Todos los sensores vienen calibrados de fábrica y pueden funcionar durante toda su vida útil sin necesidad de recalibración. Sin embargo, algunas industrias pueden exigir verificación o calibración como parte de sus procedimientos de control de calidad. Además, se pueden aplicar reajustes o correcciones de desviación para alinearse con estándares de referencia específicos. Para más información, consulte Calibración del viscosímetro de proceso en línea SRV en campo y en fábrica.

Rheonics Los sensores funcionan con una tecnología patentada, el Resonador Torsional Balanceado (BTR). Esta tecnología ofrece claras ventajas en comparación con otras tecnologías: son compactos, ligeros y resistentes a las vibraciones externas.

Rheonics Los sensores SRV y SRD son soluciones probadas en las líneas de llenado de productos de cuidado personal. Proporcionan mediciones de viscosidad y densidad en tiempo real, garantizando que productos como champús, lociones, cremas, geles y aerosoles mantengan propiedades de flujo constantes durante todo el proceso de llenado. La monitorización continua en línea mejora la uniformidad entre lotes, minimiza el desperdicio de producto y mejora la eficiencia y la fiabilidad general de la línea de llenado.

Por defecto, Rheonics Las sondas tipo SR cuentan con un diseño mecánico higiénico que garantiza su idoneidad para aplicaciones sanitarias. Si es necesario, también pueden suministrarse con certificaciones de organizaciones reconocidas como 3-A y EHEDG.

Para obtener más información, visite Rheonics instalación higiénica y sanitaria.

Es importante destacar ciertos aspectos de instalación que se aplican tanto a Rheonics Sensores SRV y SRD. Independientemente de la variante, cada uno comparte el mismo diseño de resonador en todas sus variantes, y una instalación correcta depende de la correcta posición del área de detección de las sondas (áreas marcadas en rojo en Figura 13 y XNUMX). Los puntos principales son:

• El área debe estar libre de depósitos u obstrucciones.

• El área debe estar completamente sumergida en el fluido de interés.

Además de los dos requisitos principales anteriores, el sensor SRD tiene dos consideraciones adicionales:

• Mantener la estabilidad térmica cuando el fluido y el entorno externo tienen un gradiente de temperatura superior a 15 °C. (Solo para SRD, más información aquí: Mantener el equilibrio de temperatura del SRD para lograr una precisión de alta densidad)

• Alinee la punta de detección con la dirección del flujo del fluido como se muestra en Figura 14 y XNUMX. (Solo para SRD, más información aquí: Orientación del extremo del fluido SRD)

Estas condiciones se pueden revisar con más detalle en el siguiente artículo, Instalaciones adecuadas para SRV y SRD.

La pestaña Rheonics Los sensores tipo SR tienen un diseño modular y compacto que permite implementarlos en una amplia gama de configuraciones según las condiciones de la aplicación. Por ejemplo:

FET-XXT: Tri-Clamp camiseta con codo

En aplicaciones con fluidos de alta viscosidad o tamaños de partículas superiores a la escala micrométrica, se recomienda la instalación de un codo. En tales casos, Rheonics ofrece el FET (ver Figura 15 y XNUMX), un higiénico Tri-Clamp Codo en T con puerto acortado que garantiza la correcta instalación del sensor.

El FET está diseñado para el SRV-X3 y SRD-X3, sensores de versión corta con Tri-Clamp Conexiones. Está disponible en varios tamaños (1.5”, 2”, 3”, 4”, etc.) y se suministra con una abrazadera y un sello de abrazadera para la sonda. Para más detalles, consulte FET-XXT.

HPT-12G: Celda de flujo higiénica HPHT

Para aplicaciones higiénicas que involucran pequeñas tuberías o instalaciones de mangueras, Rheonics ofrece el HPT-12G (ver Figura 16 y XNUMX). Esta celda de flujo está diseñada para procesos de alta presión y alta temperatura y coloca el sensor en una configuración de codo utilizando una conexión de proceso roscada.

El HPT-12G es compatible exclusivamente con el SRV-X1-12G, que cuenta con una conexión roscada G 1/2". Esto garantiza un sellado higiénico fiable compatible con CIP/SIP, lo que lo hace ideal para aplicaciones higiénicas. Para más detalles, consulte HPT-12G.

Soldadura higiénica y férula para sensores tipo SR

Una instalación perpendicular en una tubería, la pared de un tanque o la base es una de las configuraciones más comunes. Esto se logra generalmente con puertos soldados. Para aplicaciones higiénicas, Rheonics ofrece soluciones dedicadas para ambos Tri-Clamp y conexiones de proceso G 1/2". En estos casos, una férula más corta garantiza una inmersión adecuada del elemento sensor en comparación con una férula estándar (ver Figura 17 y XNUMX).

El WFT-15T (ver Figura 18 y XNUMX) es un higiénico Tri-Clamp Weldolet diseñado para sensores con Tri-Clamp Conexiones de proceso. Garantiza un sellado higiénico y fiable, así como una inmersión adecuada del elemento sensor en aplicaciones higiénicas. Para más información, consulte WFT-15T.

El HAW-12G-OTK (ver Figura 19 y XNUMX) es un adaptador higiénico Weldolet diseñado para sensores con conexiones de rosca G 1/2". Proporciona un sellado seguro e higiénico y una inmersión adecuada para aplicaciones higiénicas. Para más detalles, consulte HAW-12G-OTK.

A continuación se presentan algunas consideraciones importantes para las líneas de llenado en aplicaciones de productos para el cuidado del consumidor:

Proceso de limpieza y procedimientos CIP/SIP

En las líneas de llenado de productos de cuidado personal, los depósitos de materiales viscosos como lociones, cremas y geles pueden acumularse gradualmente en la superficie de detección de la SRV o SRD. La inspección y limpieza periódicas de la sonda ayudan a prevenir la acumulación y a garantizar mediciones estables y fiables. Se proporciona orientación sobre los métodos de limpieza adecuados en Cómo limpiar tu Rheonics ¿Investigacion?.

Ambos sensores tienen un diseño higiénico, lo que los hace ideales para su integración en sistemas CIP (limpieza in situ) y SIP (esterilización in situ). Opcionalmente, Rheonics También ofrece certificación higiénica.

Partículas y burbujas

Rheonics Los sensores son robustos frente a la presencia de partículas blandas a escala micrométrica, con un impacto mínimo en la fiabilidad de la medición. La electrónica del sensor filtra automáticamente pequeñas perturbaciones, aunque las partículas más grandes pueden introducir picos o ruidos ocasionales que deben tenerse en cuenta durante la evaluación de los datos.

En cuanto a las burbujas, el rendimiento difiere entre los dos modelos. SRV Mantiene lecturas de viscosidad estables incluso en fluidos burbujeantes, mientras que SRD, que mide tanto la viscosidad como la densidad, es más sensible al aire atrapado. No se recomiendan altas concentraciones de burbujas para el SRD, ya que pueden comprometer la precisión de la densidad.

Piezas móviles y obstrucciones

En tanques de mezcla o procesamiento que utilizan paletas, brazos agitadores u otros agitadores mecánicos, es importante colocar el sensor SRV o SRD a una distancia adecuada de los componentes móviles. Una distancia adecuada evita interferencias físicas, reduce el riesgo de daños mecánicos y garantiza unas buenas condiciones de medición.

[1] Grupo Plastek. “Embalaje para productos de cuidado personal”.

[2] Accutek Packaging. “Llenado por desbordamiento”.

[3] Indiamart “Máquina envasadora automática de bolsas”.

[4] TWP. “Tipos de sellado de tubos”.

[5] Bratney. “La tecnología de sellado, llenado y formado tubular en auge”.

[6] Máquinas de Primera Clase. “Línea de llenado de aerosoles”.

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