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Extracción con fluidos supercríticos más limpia, silenciosa y eficiente

Procesos / Envases

La extracción con fluidos supercríticos (SFE) se utiliza en industrias como la alimentaria, cosmética, nutracéutica/farmacéutica y el cannabis para la extracción de aceites esenciales, fragancias, hierbas, especias, medicamentos y biomasas.

Quizás el mercado de más rápido crecimiento sea el del cannabis para la extracción de aceite de CBD a fin de producir una variedad de aceites de hachís y compuestos utilizados en plumas vaporizadoras, bálsamos, comestibles y elixires.

El proceso SFE separa un componente de otro usando un fluido supercrítico como solvente de extracción. Típicamente, esto implica recolectar un producto deseado 
(por ej. aceite esencial) de un material orgánico como el cannabis o eliminar una sustancia no deseada (por ej. la cafeína) de un producto como el café utilizando dióxido de carbono (CO2) como fluido supercrítico. En una combinación crítica de temperatura y presión, el CO2 retiene ciertas propiedades de un líquido y un gas, y puede actuar como un solvente para la extracción. Manipulando la temperatura y la presión, el proceso puede dirigirse a los componentes clave para la extracción. En el proceso, el CO2 supercrítico se recicla extrayéndolo en forma de gas, y se regresa al estado líquido recomprimiéndolo y/o eliminando el calor, para luego ser reutilizado.

Un componente clave en el proceso SFE es el intensificador de gas, que presuriza el CO2 u otro gas para facilitar la extracción y la reutilización. Dado que los fabricantes de equipos originales (OEM) no fabrican intensificadores de gas, dependen de los proveedores para producir unidades fiables y relativamente “plug-in” que puedan integrarse fácilmente en sus sistemas.

Desafortunadamente, los intensificadores de gas neumáticos e hidráulicos tradicionales que se encuentran en el mercado tienen algunas limitaciones inherentes que los hacen menos adecuados para los entornos limpios en los que se utilizará el equipo de extracción.

A diferencia de las plantas industriales, estas instalaciones de extracción no suelen tener acceso a los sistemas de aire comprimido incorporados en la instalación. Por lo tanto, para hacer funcionar un intensificador de gas accionado por aire, se requiere la compra e instalación de un compresor. No obstante, estos sistemas son muy ruidosos e incluso pueden tener que ser instalados fuera de la planta para cumplir con los requerimientos OSHA.

Los intensificadores de gas hidráulicos son ligeramente más silenciosos que los neumáticos, pero también existe la posibilidad de que se produzcan fugas o derrames de fluido hidráulico. Esto los hace generalmente inadecuados para los procesos SFE, que deben cumplir con niveles de limpieza de grado alimentario o mayores.

Afortunadamente para los OEM, se están fabricando nuevos intensificadores eléctricos de gas que son más limpios, más silenciosos y no requieren aire comprimido. Los intensificadores eléctricos de gas también proporcionan un significativo ahorro de energía con autodiagnósticos más sofisticados que facilitan el uso, permiten un mayor control del proceso y mejoran la fiabilidad durante el proceso de extracción supercrítica.

Intensificadores eléctricos de gas limpios y silenciosos

A menudo hay regulaciones que rigen la instalación y el funcionamiento de un sistema de aire comprimido, particularmente si se alimenta con la quema de hidrocarburos, según George Volk, director global de ventas y desarrollo de negocios de Haskel, una división de Ingersoll Rand que fabrica tecnología de transferencia y presurización de gas/líquido.

Si bien los intensificadores de gas neumáticos accionados por un sistema de aire comprimido pueden ser aceptables para un entorno industrial, las unidades no fueron diseñadas para lugares de trabajo que empleen el proceso SFE, el cual normalmente requiere un funcionamiento limpio en un entorno silencioso. “Es posible que debas poner el compresor afuera y hacer tu procesamiento adentro,” dice Volk.

Los intensificadores de gas de accionamiento neumático también son extremadamente ruidosos durante su funcionamiento, e incluso más ruidosos si varias unidades trabajan en paralelo para aumentar la producción, lo que puede dificultar el cumplimiento de las normas OSHA relativas a los niveles de ruido en la instalación.

Volk dice que los intensificadores de gas hidráulicos tienen problemas similares cuando se debe asistir el proceso SFE.

“Con los intensificadores de gas hidráulicos, siempre existe la preocupación de que puedan tener fugas o derramar aceite hidráulico,” dice Volk. “Esto es un problema cuando existe una exigencia de un cierto nivel de limpieza, que puede incluir salas limpias. Las unidades hidráulicas también son ruidosas, aunque menos que las neumáticas.”

El funcionamiento de los típicos intensificadores de gas accionados por aire e hidráulicos puede superar el umbral de 85 dBA, lo que puede causar pérdida de audición. OSHA requiere que los empleadores implementen un programa de conservación de la audición cuando la exposición al ruido es de 85 decibeles o más, en un promedio de 8 horas de trabajo, o un promedio ponderado de 8 horas.

En lugar de las unidades neumáticas e hidráulicas tradicionales, una opción mucho mejor para los fabricantes de equipos SFE es optar por los nuevos intensificadores eléctricos de gas que simplifican el uso para los usuarios finales, a la vez que mejoran el control y la fiabilidad del proceso.

Por ejemplo, el avanzado intensificador eléctrico de gas Q-Drive de Haskel simplemente usa electricidad y no produce ninguna emisión. También es mucho más silencioso (<77 dBA) durante el funcionamiento, mientras que sigue ofreciendo hasta 6.500 psi para aplicaciones de alta presión. El accionamiento eléctrico directo también es mucho más eficiente que los accionamientos neumáticos o hidráulicos en términos de energía.

“Las unidades eléctricas son ideales cuando se requieren altos niveles de limpieza y simplifican la instalación, junto con programas de conservación de la audición,” dice Volk. “Su uso también puede agilizar la producción, ya que los trabajadores pueden pasar más tiempo en las cercanías sin preocuparse por excederse en las disposiciones o por una posible pérdida de audición.”

Las unidades eléctricas también son más eficientes energéticamente que los intensificadores neumáticos e hidráulicos.

“En comparación con los intensificadores neumáticos de gas, las unidades eléctricas avanzadas utilizan un tercio de la energía y ofrecen un flujo de 10 a 20 veces mayor,” dice Volk. “En comparación con los intensificadores hidráulicos, las unidades eléctricas también proporcionan un ahorro de energía debido a la menor necesidad de refrigeración.”

A pesar de que hay varios intensificadores de gas accionados por electricidad en el mercado, incluso dentro de la categoría puede haber diferencias de diseño significativas.

Algunos de los primeros que salieron al mercado son diseños que emplean un reductor para convertir el movimiento rotativo del motor en alternativo, lo que aumenta la complejidad y la cantidad de mantenimiento necesario. Las unidades más avanzadas se construyen utilizando un accionamiento de actuador lineal simplificado que mejora la fiabilidad y reduce el tiempo medio entre fallos (MTBF).

Las unidades eléctricas más avanzadas de hoy en día también incluyen sofisticadas capacidades remotas y de autodiagnóstico. Las unidades como el Q-Drive vienen con una interfaz hombre-máquina (HMI) y un control por panel táctil que permiten a los operadores monitorear y controlar la presión y la temperatura de cerca y cambiar fácilmente los puntos de ajuste, lo que puede ayudar a optimizar el proceso SFE. Las capacidades de autodiagnóstico y mantenimiento predictivo del sistema, inteligentes y virtuales, también ofrecen recordatorios de mantenimiento automatizados para garantizar la fiabilidad y el rendimiento.

Dadas las inherentes desventajas de los intensificadores de gas neumáticos e hidráulicos, Volk cree que un funcionamiento más fácil, limpio y silencioso de las unidades de energía eléctrica tendrá un atractivo considerable para las aplicaciones de extracción supercrítica como el cannabis, perfumes, alimentos y productos nutracéuticos/farmacéuticos, así como muchos otros.

“Con la considerable inversión en I+D de estos intensificadores eléctricos de gas más avanzados, se han resuelto muchas de las deficiencias de las unidades neumáticas e hidráulicas,” concluye Volk. “Esto abre nuevas posibilidades para los OEM que satisfacen las necesidades de las empresas que dependen de la extracción con fluidos supercríticos.”

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