SunOpta amplía su planta de avena a pesar de la pandemia de COVID-19

Construida en el peor momento de la pandemia de COVID-19 de 2020, la ampliación de la planta llegó a tiempo, dentro del presupuesto y lista para aumentar la producción.

Como la leche de avena se ha convertido en una bebida vegetal muy popular, encajaba perfectamente en la línea de aperitivos y bebidas vegetales ecológicos y sin OMG de SunOpta.

La empresa entró en el mercado en 2018, pero las instalaciones de Alexandria (Minnesota) no podían satisfacer la insaciable demanda de este producto a base de cereales. SunOpta podía arreglárselas a corto plazo con las instalaciones y el equipo existentes, pero algo tenía que cambiar. 

No se trata, pues, de la historia de una ampliación gigantesca que podría permanecer semivacía durante años, sino más bien de la historia de unas instalaciones complementarias cuidadosamente concebidas para satisfacer las necesidades actuales y futuras de SunOpta. Y lo que es aún más interesante desde el punto de vista de la ingeniería es que, gracias al diseño modular -equipos, hardware y software-, si SunOpta desea poner en marcha otra línea en cualquier punto geográfico, la línea puede duplicarse de forma "plug-and-play" allí donde sea necesario. 

¿Por qué leche de avena? La leche de avena es uno de los desayunos más saludables que puedes tomar por sus proteínas, fibras solubles y otros nutrientes. De hecho, puede que se lo haya dicho su médico. Entonces, ¿por qué no la leche de avena? Por ejemplo, por los alérgenos. No contiene frutos secos, ni lácteos, ni soja, ni gluten natural (siempre que esté certificada como tal), y es vegana.

La certificación es importante, dice Bryan Clark, vicepresidente de I+D de alimentos y bebidas vegetales de SunOpta. Aunque la avena no contiene gluten ni ninguno de los alérgenos que acabamos de mencionar, es importante que cualquier empresa que elabore un producto certificado sin gluten verifique que todos los ingredientes que recibe no se mezclen con cereales que contengan gluten, como el trigo o la cebada. 

Esta contaminación podría producirse en remolques, vagones de ferrocarril o elevadores de grano si no se limpian adecuadamente. Por ello, verificar que los transportistas mantienen el grano de avena libre de contaminación de otros granos es de vital importancia para mantener la certificación de ausencia de gluten. ¿Confiar en un certificado de análisis (COA) de la avena entrante? La verificación es mejor. SunOpta ha trabajado con sus proveedores para escanear toda la avena antes de su entrega en los muelles de carga de SunOpta.

Base de avena: el ingrediente clave de la leche de avena

Aunque SunOpta no embotella leche de avena en sus instalaciones de Alexandria, fabrica un producto que utilizan los embotelladores. Piense que es algo parecido a la leche evaporada, pero de avena hidrolizada. "La base de avena SunOpta es un concentrado líquido caracterizado por un color marrón claro o tostado con un sabor ligeramente dulce característico de la avena", dice Clark. 

"La base de avena comienza con avena entera laminada que se descompone mediante un proceso enzimático y da como resultado un líquido opaco a base de avena", añade Clark. "Concentramos la base de avena líquida para reducir el coste de transporte y el volumen de almacenamiento necesario para la base de avena".

A todos los efectos, el proceso por lotes (primero ubicado en el edificio principal y ahora en las nuevas instalaciones) es continuo, por lo que todo el muestreo y seguimiento del producto se realiza para verificar el proceso y las condiciones (utilizadas para generar los COA). Cada ingrediente se dosifica individualmente en el sistema de dosificación. "Confiamos en las medidas y el control durante el proceso para garantizar la coherencia y la fiabilidad", afirma Clark.

Evaluar la situación

Con el rápido aumento de la demanda de los clientes, SunOpta quiso cuadruplicar la producción del sistema existente. Pero, ¿era posible? El equipo de Clark estudió varias posibilidades. 

En un principio, SunOpta se centró en la mejora continua del sistema existente, con la eliminación de cuellos de botella y la optimización de la velocidad y el rendimiento, así como de la limpieza CIP y el saneamiento. "Habíamos maximizado los turnos y la mano de obra en el sistema existente antes de iniciar el proyecto de ampliación de la capacidad".

"Ejecutamos varios proyectos más pequeños durante 2019 para maximizar la producción del sistema de producción inicial. Además, salimos de algunas bases no avenadas más pequeñas de nuestra cartera para crear más capacidad para la base de avena", añade Clark.

En general, un proyecto de ampliación de la capacidad era esencial para mantener el negocio actual y permitir el crecimiento tanto con los clientes nuevos como con los existentes. Y las medidas adoptadas para intentar sacar más partido del sistema existente no fueron en vano. "Cuando empezamos a diseñar el nuevo proceso, tuvimos la ventaja de aprender del sistema existente, cosas como los puntos débiles y los limitadores de tarifas que se convirtieron en requisitos de diseño para nuestro nuevo proceso y sistema", dice Clark.

Clark y su equipo se dieron cuenta de que había llegado el momento de recurrir a expertos externos, porque las cuatro paredes actuales ya no ofrecían espacio suficiente para fabricar base de avena. Los factores que llevaron a esta conclusión fueron:

• La rapidez con la que SunOpta deseaba ejecutar este proyecto
   
• La complejidad y el alcance asociados al proyecto: nueva construcción del edificio, nuevas tecnologías que incorporar al proceso y, sin duda, el nivel de automatización que se deseaba en el nuevo proceso.
   
• Los proyectos de capital adicionales, ya en marcha, habían consumido los recursos internos de SunOpta. SunOpta necesitaba capacidad/recursos humanos adicionales en un plazo breve.

Encontrar el socio adecuado para dimensionar la expansión

Si ha trabajado con éxito con un proveedor o una empresa de ingeniería a lo largo de los años, conoce el valor de una relación continua de este tipo. No fue diferente para SunOpta, que seleccionó a Dennis Group para que estudiara la situación y propusiera algunas soluciones. 

"Ciertamente estábamos familiarizados con Dennis Group por un proyecto anterior en una de nuestras plantas de procesamiento y envasado aséptico", dice Clark. "Su reputación y cartera de proyectos en el espacio de alimentos y bebidas fue un aspecto crítico del proceso de decisión. La profundidad y amplitud de experiencia y habilidades que posee Dennis Group los convirtió en un verdadero proveedor de soluciones llave en mano para nuestras necesidades en este proyecto (construcción, proceso y automatización)."

A la pregunta de cómo llegó SunOpta a la conclusión de que era necesario más espacio, Clark respondió que la planta de fabricación era, y sigue siendo, una superficie bastante limitada, lo que significa que está llena y al máximo. Desde las primeras fases del proyecto sabíamos que necesitaríamos un espacio "nuevo" para este proyecto". El equipo de Clark se planteó reutilizar la zona de proceso existente y ocupar espacio de almacén para el proyecto de ampliación de la capacidad.

"El equipo de SunOpta identificó espacio de almacén en la planta existente, que podría readaptarse en consecuencia, pero tras un examen más detallado, la pérdida de este espacio para la operación, los costes de readaptación para garantizar un diseño higiénico, los problemas de coordinación (es decir, la construcción dentro de una instalación alimentaria existente) y el flujo de materiales/personal no era lo ideal", afirma Kirsten Kirsch, ingeniera de procesos de Dennis Group. 

Clark señala que incluso se plantearon reutilizar un área de proceso existente, pero pronto abandonaron la idea. "En última instancia, las posibles interrupciones de las operaciones diarias y el aumento potencial del tiempo de ejecución impulsaron la decisión de construir un nuevo espacio en lugar de reutilizarlo o almacenarlo", afirma Clark. 

"Por lo tanto, una ampliación hacia el norte, en una zona no utilizada del emplazamiento, era lo más práctico y respondía mejor a los objetivos del proyecto", afirma Kirsch. "La nueva ampliación de 9.600 pies cuadrados permitió construir una adición a las instalaciones higiénicas con un impacto mínimo en la operación". 

La nueva adición es precisamente eso: una instalación independiente con su propio sistema de tratamiento de aire (HVAC), sólo conectado al edificio original con un pasillo para mantener a la gente fuera del clima de Minnesota cuando se desplaza entre las instalaciones, dice Clark.

Desafíos en abundancia 

El clima de Minnesota plantea una serie de retos a la construcción. "Construir en Minnesota durante el invierno y la primavera (y, a veces, durante el otoño) puede plantear muchos problemas: fuertes nevadas y profundas líneas de congelación, por nombrar algunos", afirma Clark, de SunOpta. 

"Trabajamos muy estrechamente con el Grupo Dennis en la planificación y evaluación de los riesgos asociados a la construcción durante este plazo", añade Clark. "Había un excelente plan con contingencias para garantizar el cumplimiento del calendario del proyecto".

"El planteamiento general de la construcción consistía en terminar el exterior del edificio (paredes y tejado) para poder acondicionar el interior para zanjas, desagües y fontanería, así como verter el suelo de hormigón", explica Clark. Descongelar el suelo para poder crear y colocar los pilares estructurales exigió una planificación y coordinación minuciosas. A continuación, hubo que planificar y colocar los paneles previos (paredes exteriores) para que llegaran a la obra y los preparativos para sostener el tejado.

Mientras tanto, COVID-19 no facilitó las cosas. Para empezar, el equipo de Dennis Group descubrió que aumentaban los índices de avería de los equipos enviados durante la COVID y los plazos de entrega, según Kirsch, de Dennis Group. El equipo de desnaturalización venía de Italia y el del evaporador, de Copenhague (Dinamarca). "Tuvimos retrasos en ambos equipos relacionados principalmente con COVID-19: aproximadamente tres semanas de retraso en el patín del evaporador y cinco semanas en el patín de desnaturalización", dice Kirsch. 

Los retrasos no fueron los únicos retos que planteó COIVID. "La puesta en marcha y la comprobación fueron un reto porque el personal clave de los proveedores no podía viajar a Estados Unidos desde el extranjero", dice Kirsch. "Por lo tanto, no fue posible realizar las FAT. Esto supuso un tiempo de puesta en marcha adicional, ya que los nuevos equipos de los proveedores no estaban familiarizados con los sistemas."

"Normalmente, habríamos estado in situ con el proveedor entre mayo y junio para las revisiones de construcción y las pruebas de aceptación del proveedor (VAT/FAT)", explica Clark. Trabajamos en estrecha colaboración con los responsables del grupo Dennis (funcional) y con el proveedor para llevar a cabo virtualmente la mayor parte de las actividades "típicas" de las VAT. Los modelos tridimensionales y las múltiples y largas sesiones virtuales fueron de gran ayuda, pero previmos y planificamos por completo un tiempo adicional en el calendario del proyecto para cuando los equipos llegaran al lugar del proyecto (planta)."

Controles de última generación

El proceso de SunOpta comienza con la recepción de la materia prima, que consiste en súper sacos de avena cruda que se transportan neumáticamente y se dosifican en tanques de dosificación donde la avena se combina con agua y otros ingredientes secundarios. La mezcla pasa a tanques de retención donde se descompone mediante conversión enzimática antes de separar las partes insolubles de la avena. La desnaturalización térmica se produce antes de que un evaporador concentre la mezcla de avena hasta sólidos de 40%. Por último, el producto se refrigera y se prepara para su carga a granel. 

Los controles del antiguo sistema estaban algo desarticulados, con controles individuales en determinados equipos, pero no había un punto de control coordinado de todo el proceso, afirma Clark. Para adaptar este proceso a los estándares de control modernos, el equipo de SunOpta consultó a Dennis Group para determinar los deseos y necesidades del nuevo sistema.

"En nuestras revisiones iniciales del proceso, y tras hablar con los equipos de SunOpta (operación y mantenimiento), había algunas áreas que queríamos mejorar con el nuevo sistema", dice Josh Nichols, ingeniero de controles de Dennis Group. Por ejemplo:

• Seguimiento de los cambios realizados en el sistema tanto por los operadores como por el personal de mantenimiento
• Seguimiento de los puntos de proceso, producción y calidad para la resolución de problemas y las métricas de rendimiento.
• Incorporación de normas en la HMI para objetos de proceso con el fin de ayudar a los operadores y al mantenimiento con el control del sistema.
• Localización y simplificación de las conexiones de dispositivos en la planta de producción para agilizar la resolución de problemas y la sustitución de los mismos

Dennis Group trabajó con los jefes de equipo de SunOpta y demostró soluciones para las áreas identificadas a continuación:

1. Incorporó la solución de control distribuido PlantPAx de Rockwell para proporcionar ventanas emergentes de proceso estándar y seguridad integrada.
    
2. Colaboración con el departamento informático de la empresa para incorporar los niveles de usuario de HMI a las cuentas de usuario de Windows preexistentes de los operadores.
    
3. Implementación de Rockwell Historian, FactoryTalk Asset Center y Metrics para mostrar datos clave del proceso, permitir la revisión de series de producción anteriores y realizar un seguimiento de los cambios tanto en PLC como en HMI.
    
4. Utilización de "tapas de control" ASi para las válvulas de proceso y I/O Link para los dispositivos, lo que redujo en gran medida el cableado (ahorro de dinero), eliminó los puntos de fallo y permitió la supervisión a nivel de dispositivo.

Nichols y Kirsch destacaron otros puntos clave en los que trabajaron los equipos de Dennis Group y SunOpta para culminar con éxito el proyecto.

Muestreo-Aparte de la retroalimentación normal de flujo, temperatura y presión, el muestreo directo en línea del producto no era posible en el sistema antiguo. El equipo de calidad de SunOpta y el DG identificaron y colocaron válvulas de muestreo manuales en puntos de calidad clave de todo el proceso.

Control de procesos-En primer lugar, la clave para controlar el proceso empieza por una dosificación precisa de los ingredientes y un control constante de la temperatura y el caudal, afirma Kirsch.

"Utilizamos una combinación de medidores de masa, alimentadores de pérdida de peso y controles PID optimizados para conseguir una calidad de producto repetible", afirma Nichols. Durante la puesta en marcha, el equipo de calidad de SunOpta ajustó los porcentajes de ingredientes, los tiempos de cocción y las velocidades de transferencia no solo para obtener un producto homogéneo, sino también para equilibrar la línea y garantizar un proceso continuo. 

En segundo lugar, también es importante para controlar el proceso la comunicación con los patines de los proveedores y la gestión de las condiciones adversas, añade Kirsch. Por ejemplo, si un depósito de alimentación se vacía, los sistemas anteriores y posteriores del proveedor entran en "modo agua" o "hibernación" hasta que el sistema se recupera.

El nuevo sistema de control tiene múltiples parámetros de consigna que pueden modificarse para optimizar el control, es decir, puntos de consigna de temperatura, tiempos de cocción, puntos de consigna de recetas, límites de alarma que se optimizaron constantemente a lo largo de la puesta en marcha basándose en parámetros reales de funcionamiento y datos de laboratorio para conseguir productos constantes. El sistema también recibe información de los equipos (estado de las válvulas, información de los motores, etc.), lo que permite conocer el estado de los activos, explica Kirsch.

Formación-Una de las principales razones de la rápida y satisfactoria puesta en marcha de este sistema fue la familiaridad y apropiación que tuvieron los operarios desde el primer día de prueba del producto. Dennis Group y la dirección de SunOpta trabajaron para desarrollar documentos de formación exhaustivos y proporcionar un entorno de formación virtual del sistema. El entorno virtual se desplegó antes del inicio de la comprobación del sistema, y permitió a los operarios y a mantenimiento trabajar con la documentación de formación antes de que se instalara el sistema.

Y los controles han cumplido. "A un alto nivel, [el sistema de control] es lo más avanzado en términos de automatización y control", dice Clark. "Es el nivel de automatización más sofisticado de nuestra red de fabricación". Y donde el antiguo sistema era incapaz de detectar en línea/en línea, ahora es posible este nivel de detección. Clark dice que es bueno saber que los puntos de muestreo están disponibles cuando se necesitan.

CIP y control de procesos

Todavía había algunos puntos que requerían intervención manual en la antigua línea (aunque la mayor parte estaba automatizada), por lo que Clark pensó que era una buena idea tener la CIP totalmente automatizada e integrada en el sistema de control de procesos. "Aprovechamos algunas de las condiciones actuales (en el sistema antiguo) para comprometer a los fabricantes de equipos originales a automatizar más completamente la CIP y eliminar gran parte de las intervenciones manuales en el nuevo sistema/línea."

El nuevo proceso cuenta con un sistema CIP específico, explica Nichols, de Dennis Group. El sistema CIP y el proceso se diseñaron para maximizar la producción reduciendo el tiempo de producción. El sistema utiliza válvulas a prueba de mezclas y circuitos CIP segregados para pasar de producción a CIP lo más rápidamente posible. Esto significa que cuando el área aguas arriba termina con la producción, los operarios de SunOpta pueden ejecutar inmediatamente la CIP mientras las áreas aguas abajo terminan la producción. Esto permite que la CIP persiga esencialmente el producto a través del sistema y permite que la producción comience antes de que todo el sistema haya terminado con la CIP, añade Nichols.

"Por ejemplo, tan pronto como un tanque de cocción termina de procesar, puede ser CIPed mientras que el otro tanque de cocción continúa terminando," dice Kirsch. "La tecnología [de válvulas] mixproof ayuda con el tiempo de respuesta del sistema, ya que la producción y la CIP 'se solapan'". Cada secuencia es totalmente personalizable a través del sistema HMI mediante los gráficos PIN. Esto proporciona a la planta un control a largo plazo para optimizar en función de la validación o actualizar en función de los nuevos productos químicos que se utilicen en el futuro. 

Mientras que un sistema CIP típico gestionado por un PLC con instrucciones codificadas es difícil de modificar incluso para un programador, el nuevo sistema da el control a los operarios, dice Kirsch. La nueva interfaz del sistema CIP permite la visibilidad de estos ajustes y sitúa el control en el nivel de planta/saneamiento/calidad. Por último, al igual que los datos de proceso, toda la información CIP está disponible en Historian y Vantage point.

Información práctica al alcance del operador

Disponer de datos procesables era vital para la operación. Clark describió los pasos que se dieron: 

• Hicimos una inversión posterior para obtener un sistema de base de datos "historiador".
   
• Todos los datos que se generan durante la producción y el saneamiento se capturan y almacenan, así como las tendencias y los informes en tiempo real.
   
• Desarrollamos cuadros de mando e informes estándar para realizar comparaciones diarias, semanales y mensuales.
   
• En cuanto al ajuste a las condiciones ambientales de la planta, el nuevo sistema se encuentra en un edificio completamente nuevo con equipos y controles de climatización de última generación.

Historian y Metrics son los dos principales sistemas de software que permiten a todo el personal (operarios, mantenimiento, calidad, etc.) extraer datos de turnos, días, series de producción, meses y, en última instancia, años de datos, dice Nichols. Hay una gran variedad de pantallas en cinco monitores estratégicamente situados por toda la planta, que permiten a los distintos operarios utilizar los datos relevantes para lo que están intentando analizar. Además de los datos procesables que proporciona el sistema, se observó un área de mejora inesperada en términos de tiempo para la resolución de problemas. Estos sistemas facilitan la comparación de datos y el seguimiento de los cambios en el proceso.

Aunque el sistema de control no está vinculado directamente al ERP en este momento, se han establecido algunos "apretones de manos", dice Clark. Por ejemplo, la demanda de producción procede del ERP y se introduce en el sistema de control para una campaña de producción. Además, los ingredientes, las materias primas y otros consumibles se escanean desde el sistema de gestión de inventario para satisfacer la demanda de producción de la campaña, y luego se concilian.

Pensamientos futuros 

Por último, Clark ve brillante el futuro de las instalaciones. "Estamos muy satisfechos con el nuevo sistema y creemos que nos quedan por delante nuestros mejores días. Estamos empezando a liberar todo el potencial del nuevo sistema a principios de 2021."

Pero, ¿qué se hace con la avena gastada tras salir del proceso? Bueno, Clark ya lo tiene planeado. 

"Estamos en proceso de ofrecerlo como ingrediente. Es una buena fuente de proteínas y fibra, así que tengo otros compañeros en el equipo de I+D que lo están convirtiendo en todo tipo de deliciosos productos, desde magdalenas, galletas, galletas saladas hasta avena de la noche a la mañana", dice Clark. Y aunque parezca mentira, estamos estudiando distintas aplicaciones de fermentación".

¿Quizá una cerveza negra a base de avena, una de las favoritas de las microcervecerías? "Tengo otro equipo en el laboratorio elaborando cerveza". 

Pero Clark está decidida a utilizar toda la avena gastada y no desperdiciar nada. "Vamos a llegar a cero residuos en algún momento del futuro. Me resulta difícil decir una fecha exacta, pero estamos utilizando todo el material".

Informe sobre las nuevas instalaciones y el sistema

He preguntado a Bryan Clark qué les han parecido las nuevas instalaciones a los miembros del equipo de planta, qué mejoras generales ha observado y qué le parece el nuevo sistema a la alta dirección. Primero enumera las ventajas para los miembros del equipo:

• Este nivel de automatización supone un cambio significativo y positivo para el equipo de nuestra planta. 
   
• Encaja en nuestra filosofía y programa de mejora continua, SunOpta 360, para seguir aportando nuevas tecnologías y nuevos enfoques a nuestras plantas.
   
• La formación fue clave: trabajamos con el Grupo Dennis y nuestro pilar interno de desarrollo continuo de competencias (CSD) para desarrollar un programa y materiales de formación.
   
• Creamos libros de jugadas y lecciones puntuales para prestar apoyo al equipo.
   
• Designamos a expertos en la materia al principio del proyecto para que colaboraran estrechamente con Dennis Group en aspectos clave de la solución de automatización final.
   
• Josh y el equipo de controles de Dennis Group pudieron proporcionar un entorno virtual, un simulador, para que el personal de operaciones y mantenimiento se familiarizara con el entorno de los controles de producción mucho antes de que las cosas se atornillaran al suelo y se cablearan.

Mejoras generales que Clark informa:

• Pudimos multiplicar (unas cuatro veces) la capacidad de oatbase con el mismo modelo de dotación de personal, gracias en gran parte a la automatización de este sistema.
   
• La naturaleza del trabajo también se ha visto afectada. En comparación con el sistema existente, los operarios revisan y supervisan las pantallas de control/HMI para comprobar las condiciones actuales y realizar ajustes de forma centralizada, frente a tener que ajustar equipos individuales con paneles de control/HMI locales.