Automatyka w przemyśle spożywczym

Produkcja żywności to proces wieloetapowy, który rozpoczyna się od dostarczenia do magazynów zakładu surowców pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego. Następnie są one poddawane wstępnej obróbce. Usuwa się m.in. łodygi, liście oraz korzenie owoców i warzyw, a w przypadku surowego mięsa skórę oraz tłuszcz.

Produkty mrożone rozmraża się. Później surowce są sortowane, na przykład według rozmiaru lub jakości. W kolejnym etapie rośliny obiera się ze skórki, z ryb usuwa ości, a mięso oddziela od kości. Tak przygotowane produkty tnie się na części, kroi na plasterki, sieka, mieli, kruszy lub rozciera. Następnie surowce oraz różne dodatki są ze sobą mieszane.

Kolejne etapy obróbki to m.in. wędzenie, blanszowanie, pieczenie, smażenie, prażenie, mrożenie lub suszenie. Przed rozlaniem do butelek, włożeniem do plastikowych pudełek, kartonów, metalowych puszek lub wyłożeniem na tackach, które są foliowane, produkty konserwuje się (sterylizuje, pasteryzuje). Opakowania te umieszcza się później w pojemnikach zbiorczych.

Te ostatnie są ładowane do samochodów dostawczych i wysyłane do odbiorców lub transportowane do magazynów. Wiele z tych zadań może być zautomatyzowanych. W artykule przedstawiamy przykładowe komponenty systemów automatyki używane na różnych etapach produkcji spożywczej oraz kryteria ich wyboru.

POMPY ODPOWIADAJĄ ZA TRANSPORT

W zależności od stanu skupienia surowców, półproduktów i gotowych wyrobów do ich transportu używa się różnych urządzeń. Na przykład produkty w stanie ciekłym, które do zakładu są dostarczane w cysternach dalej pompuje się rurociągami. W ten sposób transportuje się m.in. zupy, syropy, koncentraty, soki, oleje, mleko, wino, płynną czekoladę, wsady owocowe oraz jogurty.

Pompy wykorzystuje się również do przemieszczania produktów półpłynnych (ciast), zmielonych (wsady kiełbas) oraz sypkich (cukier). Wybierając takie urządzenie należy się upewnić, że jego elementy mające kontakt z żywnością są wykonane z materiałów dopuszczonych do użytku w produkcji spożywczej (patrz ramka).

Istotna jest także ich odporność na środki chemiczne używane do mycia i dezynfekcji oraz wytrzymałość na ścieranie. To ostatnie może być wynikiem długotrwałego kontaktu z produktem lub substancjami wydzielającymi się w czasie jego przetwarzania. Przykładem są kryształki formujące się w określonych warunkach z rozpuszczonego cukru.

Jeżeli urządzenie będzie myte ręcznie, trzeba sprawdzić łatwość jego demontażu. Jeżeli natomiast w planach jest mycie lub sterylizacja na miejscu, czyli bez rozmontowywania (Cleaning In Place - CIP, Steam In Place - SIP), konstrukcja pompy powinna to umożliwiać. Sprawdzić trzeba także, czy dopuszczalne wartości temperatury (zewnętrznej i wewnętrznej), ciśnienia roboczego oraz odporności na wstrząsy pompy odpowiadają wymaganiom aplikacji.

Należy też ocenić, czy konkretny typ pompy nadaje się do transportu produktu o danej konsystencji, gęstości oraz lepkości. Przykładowo do transportu cieczy o dużej lepkości zaleca się pompy membranowe, zwłaszcza z podwójną membraną oraz zębate. Do pompowania produktów płynnych z cząstkami stałymi, na przykład jogurtów z kawałkami owoców, nadają się natomiast pompy krzywkowe.

Nie naruszają one bowiem struktury takich składników. Pompy śrubowe z kolei sprawdzają się w transporcie produktów o dużej gęstości, na przykład mielonego mięsa, serów oraz ciast. Ten rodzaj pomp również nie niszczy pompowanego produktu. W wypadku płynów o małej lepkości lepiej korzystać z pomp odśrodkowych.

UWAGA NA ZAWORY

Niezbędnym komponentem systemów przesyłu produktów rurociągami są zawory. Wybierając to urządzenie, należy m.in. sprawdzić chropowatość jego powierzchni. Powinna ona być jak najmniejsza, dzięki czemu dokładne czyszczenie zaworu będzie łatwiejsze i szybsze. Na powierzchni nie mogą także występować zarysowania i szczeliny.

Aby zmniejszyć szorstkość, producenci stosują na przykład polerowanie mechaniczne i elektrolityczne. Zawór nie może też zawierać elementów, w których gromadzą się zabrudzenia. Dlatego na przykład korpusy zaworów higienicznych wykonuje się z jednego odlewu (konstrukcje bezspawowe), nie umieszcza się nitów i śrub w komorze z produktem, a ostre kąty wewnątrz i na zewnątrz obudowy zaokrągla się.

W zaworze nie powinny występować też tzw. strefy martwe, czyli bez przepływu. Trudno je bowiem wyczyścić, co sprawia, że osadzają się w nich resztki produktów oraz pozostałości środków myjących. To pierwsze w przypadku surowców organicznych sprzyja rozwojowi bakterii, natomiast resztki chemikaliów mogą skazić produkt.

Aby zapewnić szczelność zaworu, wytrzymałość materiału i konstrukcji jego uszczelnień powinna być dostosowana do warunków pracy (temperatury, ciśnienia). Żeby ograniczyć odkształcanie się uszczelek, niektórzy producenci wzmacniają je na przykład metalowymi pierścieniami.

Również sam typ zaworu powinien być dobrany z uwzględnieniem właściwości transportowanego materiału. Przykładowo w wypadku cieczy o niskiej i średniej lepkości można zastosować zawory motylkowe, natomiast cieczy lepkich i z cząstkami stałymi - zawory kulowe.

SYSTEMY TRANSPORTU

Surowce, półprodukty i gotowe wyroby są również przewożone w pudełkach, workach lub luzem z użyciem wózków widłowych oraz przenośników. Te ostatnie dzieli się ze względu na rodzaj powierzchni nośnej na taśmowe, łańcuchowe, paskowe, rolkowe, modularne i płytkowe oraz sposób organizacji przestrzennej na poziome, pionowe oraz łukowe.

Najpopularniejsze są systemy transportu poziomego. Przenośniki pionowe są natomiast używane na stanowiskach o ograniczonej powierzchni lub w wypadku, gdy produkty muszą być transportowane między piętrami lub dostarczane na odpowiednią wysokość. Oszczędność miejsca zapewniają też taśmociągi łukowe.

Wybór typu powierzchni nośnej zależy z kolei przede wszystkim od właściwości transportowanego produktu. Kluczowe znaczenie mają zwłaszcza wymiary, waga, temperatura (produkty gorące, mrożone, schładzane), stabilność struktury (krucha, miękka, twarda, plastyczna), cechy specyficzne (ostre krawędzie, tłusta powierzchnia), sposób pakowania (bez osłony, w opakowaniach oddzielnych, zbiorczych) oraz rodzaj opakowania (szklane, metalowe, papierowe).

Przenośniki taśmowe są zalecane do transportu pojedynczych oraz odpowiednio zapakowanych produktów, łańcuchowe w wypadku obiektów o dużej masie i szerokości, natomiast pasowe do przenoszenia produktów o dużych rozmiarach, ale lekkich. Wspólną zaletą tych trzech typów przenośników jest cicha praca.

Dzięki temu mogą być używane na liniach produkcyjnych, w obrębie których przez dłuższy czas pracują też ludzie. Do transportu produktów dużych i ciężkich używa się też przenośników rolkowych. Przenośniki modułowe sprawdzają się natomiast, gdy wymagana jest odporność na wysokie temperatury, chemikalia oraz uszkodzenia mechaniczne.

Zaletą taśmociągów płytkowych jest z kolei łatwość naprawy. W razie uszkodzenia wystarczy bowiem wymienić tylko daną część taśmy (jedną lub kilka płytek), co zmniejsza koszty oraz skraca przestoje.