Dennis Group engineers are constantly pushing forward, tackling one project after another. Each brings new challenges, and, often, new technologies or processes to master. We interviewed some of DG’s long-tenured engineers about the most significant shifts they’ve witnessed in the field and how they believe the industry might evolve next.
Mixproof Valves
Assim como a culinária exige muitos pratos, o processamento de alimentos e bebidas exige muitos equipamentos. E, assim como na culinária, todo esse equipamento precisa ser limpo. A limpeza no local, ou CIP (Clean-in-place), é o método mais utilizado para limpar o interior de diferentes tipos de equipamentos na fabricação de alimentos e bebidas. Os sistemas CIP fazem o fluido de limpeza circular pelo equipamento sem a necessidade de desmontagem ou desligamento. O processo CIP em si foi uma inovação revolucionária quando desenvolvido na década de 1950, mas foi a introdução de válvulas à prova de mistura que o trouxe para a era moderna. As válvulas de assento duplo, ou à prova de mistura, permitem o fluxo de dois fluidos diferentes ao mesmo tempo sem risco de contaminação. Embora tenham sido desenvolvidas no final da década de 1970, essa tecnologia não foi incorporada à fabricação de alimentos e bebidas até o início dos anos 2000. Sua implementação acabou se tornando padrão nos sistemas CIP. Atualmente, as válvulas à prova de mistura têm um enorme impacto no processamento de líquidos.
Para realmente apreciar o que essa inovação fez pelo setor de alimentos e bebidas, precisamos olhar para um mundo que existia antes das válvulas à prova de mistura. O engenheiro de processos sênior, Scott Hurd, um dos primeiros funcionários da DG, nos deu uma ideia de como era a limpeza em algumas das primeiras instalações. "Nos primeiros projetos, não havia válvulas para direcionar o CIP ou o retorno do CIP", disse Scott. "Eles tinham estações de balanço em que o operador tinha de fazer fisicamente todas essas conexões."
Durante o projeto All-American Gourmet, em 1990, o USDA emitiu diretrizes para que qualquer tubulação "sanitária" incluísse uma conexão com braçadeira a cada 6 metros e a cada mudança de direção. "Os operadores eram obrigados a desmontar manualmente o sistema e inspecionar a limpeza dos tubos e conexões em cada conexão", continuou Scott. "O grau de eficiência realmente dependia do operador." Steve Guericke, especialista em processamento de laticínios, também relembrou os dias anteriores às válvulas à prova de mistura, quando um grupo inteiro de válvulas precisava ser desligado para lavar a linha, resultando em uma perda significativa de tempo.
Steve viu essa tecnologia evoluir substancialmente no setor, observando que "a maneira como são projetadas, a maneira como são construídas, a maneira como veem os arranjos, a maneira como as portas de ventilação são, os topos de controle, são todos diferentes de vinte anos atrás". Naquela época, Steve estava no projeto Dreyer's Bakersfield, onde o Dennis Group foi um dos primeiros a usar válvulas à prova de mistura para controle de alérgenos. Naquela época, as válvulas mixproof não eram comumente usadas no processamento de alimentos, portanto, essa abordagem inovadora para manter os alérgenos separados foi um dos fatores que levou a enorme fábrica de sorvetes ao prêmio de Fábrica de Alimentos do Ano de 2004. As válvulas Mixproof continuam a ser usadas em sistemas CIP em inúmeros projetos de DG, e há uma expectativa de maior desenvolvimento da tecnologia e de seus usos. "Acho que há muitas pequenas coisas que podemos usar [válvulas à prova de mistura] para as quais elas ainda não estão sendo usadas", diz Steve. "Até onde podemos levá-las? Como podemos usá-las? Acho que há mais por vir."
Automated Vehicles
Nos últimos anos, os robôs entraram de forma acelerada na fabricação de alimentos e bebidas, assumindo um número cada vez maior de operações: fatiamento e corte em cubos, separação e embalagem, paletização e manuseio de caixas, entre outras. Muitos funcionários da DG já foram a feiras comerciais em que os fornecedores exibem equipamentos robóticos brilhantes que prometem otimização e eficiência máxima. Conversamos com Christy Starner, especialista em modelagem do Dennis Group, sobre como ela viu a robótica evoluir durante seus 21 anos de trabalho no setor de alimentos e bebidas. De acordo com ela, houve mudanças significativas na robótica na última década, especialmente em veículos automatizados, como veículos guiados automaticamente (AGVs) e veículos automatizados de transporte de mercadorias.
Robôs móveis (AMRs).
Os AGVs são, há muito tempo, uma solução para o transporte de materiais dentro das instalações. Desenvolvido pela primeira vez na década de 1950 e agora uma solução de automação amplamente adotada, um AGV seguirá um caminho predefinido - guiado por esteiras, fios ou sensores embutidos - para mover itens entre as áreas de processamento, armazenamento e expedição. "Mas os AGVs são um pouco limitados", disse Christy. "Eles não funcionam bem se houver pessoas no ambiente. Embora possam usar sensores para detectar se há alguma obstrução, eles não podem modificar seu caminho." Os AMRs, por outro lado, são um desenvolvimento mais recente que funcionam melhor em um ambiente com pessoas e empregam tecnologia mais avançada.
Os AMRs também oferecem maior flexibilidade e adaptabilidade para o armazenamento e a recuperação de paletes. Enquanto uma única falha de guindaste em um Sistema Automatizado de Armazenamento e Recuperação (ASRS) tradicional pode bloquear o acesso a um corredor inteiro, os AMRs podem ser adicionados ou removidos de um sistema. Sua capacidade de movimentação dentro do rack permite racks mais densos e maior capacidade de armazenamento. "Os [guindastes] têm algum valor pelo fato de terem sido experimentados e testados", diz Christy. Ela está trabalhando em um projeto com um dos principais processadores de laticínios, no qual eles estão procurando implementar a tecnologia AMR. Eles ainda não se comprometeram com a tecnologia AMR, uma vez que não se pode deixar de considerar o risco que vem junto com a adoção antecipada. "Parte da dificuldade é ser um dos primeiros a adotar a tecnologia. Você sabe que há muitas promessas, mas será que ela pode realmente ser cumprida?", ressalta. "E essa é a preocupação do cliente com esse sistema [AMR]."
Os AMRs já são amplamente utilizados na Europa, e é provável que seja apenas uma questão de tempo até que se tornem mais comuns na fabricação de alimentos e bebidas nos EUA. Quando perguntado sobre o futuro da tecnologia de robôs móveis, Christy destacou o potencial para melhorar a colaboração entre robôs e trabalhadores humanos. "A principal área de aprimoramento será a capacidade de trabalhar com pessoas", explicou ela, enfatizando a vantagem dos AMRs de redirecionamento em comparação com os AGVs. Ela prevê que, no futuro, os robôs operarão com segurança ao lado de caminhões de trabalho manual, mantendo a eficiência. Com os robôs móveis avançando a toda velocidade, não parece haver nenhuma desaceleração nas inovações que estão por vir.
Controles
Nos primórdios dos sistemas de controle, as instalações de alimentos e bebidas dependiam de grandes painéis com interruptores manuais, mostradores e relés com fio. Desde então, os sistemas de controle evoluíram muito. A introdução dos PLCs na década de 1970, seguida pelos sistemas SCADA e de controle distribuído (DCS), revolucionou o setor ao permitir que os operadores gerenciassem instalações inteiras a partir de salas de controle centralizadas. Mais recentemente, os avanços na coleta e no armazenamento de dados entraram em cena. Chris Bryant, engenheiro sênior de automação e controles da DG há mais de quinze anos, destacou como o foco mudou da simples automação de processos para a maximização da extração de dados para obter eficiência. "Antes era 'fazer funcionar', mas agora é 'fazer funcionar da melhor maneira possível'", explicou ele.
Como exemplo de como os controles evoluíram em alimentos e bebidas, Chris falou sobre um projeto em que está trabalhando com uma empresa de estufas que cultiva produtos. O cliente está colocando sensores diretamente nas plantas para rastrear suas reações à temperatura, umidade, ingestão de água e muito mais. Esses dados ajudam a empresa a identificar as melhores condições para cultivar, por exemplo, o morango perfeito. Chris está trabalhando com o cliente para estabelecer um espaço de nome unificado para suas operações - uma arquitetura de dados centralizada que coleta informações de todos os diferentes sistemas e dispositivos em uma instalação e serve como uma única fonte de verdade para as operações da instalação.
É claro que, com a inovação, surgem novos desafios. Muitos clientes de alimentos e bebidas agora coletam dados, mas o obstáculo é organizá-los e utilizá-los. Chris mencionou que, antigamente, apenas as empresas de alto nível tinham acesso a dados históricos, pois eram caros e considerados um luxo. No final da década de 2010, a coleta de dados deixou de ser um "item interessante" para se tornar um padrão, com quase todos os clientes usando alguma forma de historiador e ferramentas de processamento ou análise de dados em seus sistemas SCADA para agregar vários tipos de dados.
Quando perguntado sobre o futuro dos controles, Chris observou que uma grande mudança está na automação do próprio processo de automação. Ele está vendo um impulso no setor para automatizar tarefas tradicionalmente realizadas por engenheiros de controles, como ferramentas de IA que escrevem código PLC. O objetivo, explicou Chris, é "tornar mais rápida a forma como implantamos a automação, para que possamos fazer a implementação em cascata de novos equipamentos e novos sistemas para os clientes
ESL/Processamento asséptico
O processamento asséptico foi desenvolvido em meados do século XX. Ele funciona esterilizando o produto e a embalagem separadamente antes de combiná-los em um ambiente estéril, melhorando a segurança dos alimentos e criando um produto com prazo de validade estendido. Esse processo ganhou amplo uso nas décadas de 1940 e 1950 com os avanços na esterilização e na embalagem, e é comumente aplicado a laticínios, sucos, sopas e molhos. O processamento ESL (Extended Shelf Life, vida útil estendida), introduzido na década de 1960, é uma técnica semelhante, mas se concentra em estender a vida útil do produto reduzindo o crescimento microbiano em vez de obter esterilidade total. Ambos os métodos ajudam a preservar uma grande variedade de produtos alimentícios.
Antes da ESL e do processamento asséptico, o enlatamento era a principal solução para fornecer alimentos "frescos" e estáveis nas prateleiras aos consumidores. No entanto, o processo estava longe de ser eficiente, pois cada lata
exigiam aquecimento individual antes de serem envasados, o que atrasava a produção. O processamento asséptico mudou o jogo ao permitir o bombeamento contínuo do produto, melhorando significativamente o rendimento e agilizando a produção para atender a demandas maiores. Ele também reduziu a necessidade de distribuição da cadeia de frio, com produtos capazes de manter a vida útil em temperatura ambiente.
Conversamos com o sócio sênior Kyle Kartchner sobre processos assépticos e sua crescente presença no setor de alimentos e bebidas ao longo dos anos. "Os produtos com prazo de validade estendido (ESL) e assépticos são muito mais comuns hoje do que há 20 anos", explicou Kyle. Os avanços nessa tecnologia permitiram uma ampla gama de opções de embalagens, muito mais atraentes para os consumidores do que uma lata. Agora, os produtos podem assumir formatos como bolsas, caixas de papelão, copos, garrafas e muito mais. Empresas como a SunOpta utilizam esses processos, embalando produtos como leite de amêndoas e leite de aveia em embalagens cartonadas estéreis.
Houve vários aprimoramentos na tecnologia de ESL/asséptica desde sua chegada ao cenário de alimentos e bebidas, e os avanços continuam a ser feitos. Kyle mencionou a Pasteurização de Alta Pressão (HPP), que oferece uma "etapa de eliminação" sem processamento térmico significativo e, portanto, não degrada as cores, texturas e sabores naturais do produto sensíveis ao calor. Quando perguntado sobre o progresso futuro da tecnologia, Kyle apontou a quantidade substancial de energia térmica usada no processamento asséptico. "Atualmente, há um foco significativo no calor elétrico em vez de vapor gerado por combustíveis fósseis no nível da fábrica", disse ele. O calor elétrico pode ser gerado a partir de várias fontes e provar ser uma alternativa mais eficiente em termos de energia. Parece que o processamento asséptico continuará a evoluir, oferecendo possibilidades interessantes para o futuro da produção de alimentos, e não há dúvida de que a DG interagirá com as inovações e continuará crescendo
juntamente com o setor.
Publicado em
Revista Bread & Butter
Autor
Mallory Wright
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