Desmitificando el círculo de Sinner para una limpieza inteligente

Se habla mucho de desarrollar el mejor producto al menor coste, pero ¿por dónde empieza el desarrollo? ¿Qué bases teóricas se pueden utilizar para estudiar un nuevo producto?

Este artículo tratará de un concepto bien conocido por los químicos: el “Círculo de Sinner” y los diferentes mecanismos de limpieza.

Es importante utilizar la teoría para estructurar nuestra forma de pensar y luego pasar a la práctica.

El concepto

El concepto del Círculo de Sinner fue desarrollado por el alemán Herbert Sinner, jefe de tecnología de aplicación de detergentes en la empresa Henkel. De acuerdo con él, “la limpieza es una operación que consiste en aplicar un detergente a una temperatura determinada durante el tiempo necesario para disolver o ablandar los residuos de modo que la acción mecánica pueda eliminarlos fácilmente”.

Esto significa que cada limpieza, superficie y suciedad exigirá combinaciones diferentes. Es importante entender la relación entre las variables para conseguir el mejor resultado.

Ahora vamos a profundizar en cada factor para entender cómo hacer las mejores elecciones.

Acción mecánica

Este factor representa la aplicación de fuerza física o mecánica para eliminar la suciedad.

Hay algunos mecanismos de limpieza que implican acción mecánica, como la abrasión, el desgaste de un material por fricción con otro. Un ejemplo en nuestra rutina es cuando hay que sacar brillo a una sartén y para ello se utiliza un estropajo de acero.

Acción térmica

Aumentar la temperatura aumenta la solubilidad del medio, reforzando la acción de los productos químicos y, en consecuencia, ayudando a la limpieza. Además, las altas temperaturas pueden ser letales para muchos microorganismos, lo que ayuda a desinfectar las superficies.

El calor también desnaturaliza las proteínas presentes en manchas orgánicas como las de sangre o alimentos, facilitando su eliminación al lavar la ropa, por ejemplo.

Un ejemplo práctico en el que el calor ayuda mucho es en la limpieza CIP (cleaning in place = limpieza in situ). La única acción mecánica presente en este sistema es la presión del agua que girará internamente, lo que nos obliga a aumentar la eficacia de los demás puntos del Círculo Sinner, compensando este factor.

 

Acción del tiempo

El tiempo de exposición del producto químico a la superficie a limpiar influye directamente en su eficacia. Factores como el tipo de suciedad y la naturaleza de la superficie afectan a este tiempo, ya que las superficies más porosas necesitan más tiempo de acción.

Es importante prestar atención a la saturación de la solución, ya que ésta reduce la capacidad de limpieza con el paso del tiempo. Por esta razón, es importante evaluar los factores para determinar el mejor tiempo de acción x concentración requerida.

Un buen ejemplo de la acción del tiempo es entender cómo funciona un desinfectante.

La acción del desinfectante consiste en difundirse en las células microbianas y, al penetrar en ellas, desencadenar reacciones químicas que comprometen la integridad celular, provocando la muerte del microorganismo. Este proceso puede producirse por desnaturalización de proteínas, oxidación o incluso cambios en el metabolismo celular.

Incluso es posible observar que los rótulos de los desinfectantes indican el tiempo mínimo de contacto para alcanzar la eficacia.

Acción química

Corresponde a la acción de los productos químicos utilizados en el proceso. El estudio de la sinergia entre las materias primas utilizadas para componer este producto será fundamental para el éxito de la limpieza.

Dentro de la acción química, existen algunos puntos de atención que trataremos a continuación.

Saponificación

La saponificación es una reacción química que se produce entre un triglicérido (grasa o aceite) y una base fuerte, como el hidróxido de sodio (NaOH) o el hidróxido de potasio (KOH). Durante esta reacción, los enlaces éster de los triglicéridos se rompen, formando moléculas de jabón (sal de ácido graso) y glicerol.

La molécula de jabón es anfipática, con un extremo polar y otro apolar. Esta estructura permite al jabón unirse simultáneamente a la grasa y al agua, formando micelas que encapsulan la suciedad y la eliminan.
Para entenderlo mejor, a continuación enumeramos algunas de las propiedades del jabón a las que hay que prestar atención.

 

Tensioactivos:

A menudo, la formulación de un producto de limpieza implica combinar distintos tipos de tensioactivos para optimizar su rendimiento. Esta sinergia puede mejorar la capacidad de eliminación de la suciedad, la formación de espuma y otras propiedades deseables.

Los tensioactivos se clasifican según la naturaleza del grupo iónico presente en su molécula.

 

Para saber más sobre la teoría de los tensioactivos, haga clic aquí.

Emulsión

La emulsión es uno de los pilares del proceso de limpieza. El mecanismo se basa en los enlaces que hacen los tensioactivos presentes en los productos de limpieza con la suciedad de la superficie a limpiar. La emulsión descompone la suciedad en pequeñas partículas, formando micelas que se dispersan en el líquido y posteriormente se eliminan.

Estos tensioactivos, conocidos como emulsionantes, tienen un componente hidrófilo y otro lipofílico. Esta característica les permite unirse tanto a moléculas de agua como de aceite. Una de las formas de elegir qué tensioactivo es el más adecuado es utilizar el concepto HLB, una escala que indica la afinidad de la sustancia con el agua o el aceite, ya que cuanto mayor es el valor HLB, más hidrófilo es el tensioactivo. En cambio, cuanto más bajo es el valor HLB, más lipofílico es.

Un ejemplo práctico de la emulsión actuando en el sistema de limpieza es cuando se quita el maquillaje del rostro. Los emulsionantes se unen a las partículas de maquillaje y aceite, envolviéndolas en pequeñas esferas llamadas micelas. Estas micelas se dispersan en el agua, haciendo que el maquillaje sea soluble y fácil de retirar. Cuando se enjuaga el rostro, las micelas, junto con el maquillaje y el exceso de oleosidad, son removidas de la piel.

Solvencia

Una vieja frase, escuchada a menudo en la escuela, define muy bien este mecanismo de limpieza: “lo semejante disuelve lo semejante”. Esta frase resume un disolvente como una sustancia capaz de disolver otras sustancias, llamadas solutos.

La capacidad de este solvente dependerá de su naturaleza química, por ejemplo, el agua es un excelente solvente para sustancias polares como la sal, pero no disuelve bien sustancias apolares como la grasa.

En cambio, los solventes orgánicos, como la acetona y el benceno, disuelven bien las sustancias apolares, como el aceite y la grasa, y se utilizan en productos de limpieza específicos, como los quitaesmaltes y los decapantes.

Oxidación-Reducción

Son procesos físico-químicos complementarios, la oxidación y la reducción. En la oxidación, una sustancia pierde electrones durante una reacción química, mientras que en la reducción, una sustancia gana electrones durante una reacción. Se producen simultáneamente, mientras que el agente reductor es una sustancia que dona electrones y sufre oxidación, el agente oxidante es una sustancia que acepta electrones y sufre reducción.

Un buen ejemplo de este proceso es la acción del peróxido de hidrógeno, que realiza una acción oxidante. Blanquea los tejidos porque al entrar en contacto con las moléculas de colorante, éstas se oxidan. Esta oxidación rompe los enlaces químicos que dan color al tejido, fragmentando las moléculas de colorante en moléculas más pequeñas e incoloras.

Además de blanquear los tejidos, el peróxido de hidrógeno también es eficaz para eliminar manchas como las de sangre, vino y café. Oxida las sustancias que causan estas manchas, haciéndolas más solubles y facilitando su remoción.

Decapado

El decapado es un proceso químico que utiliza ácidos para eliminar impurezas y óxidos de la superficie de los metales. La elección del ácido, la concentración de la solución y las condiciones del proceso son factores cruciales para asegurar la eficacia y la seguridad del proceso.

El decapado con ácido, el más común, se basa en la reacción entre el ácido y los óxidos metálicos presentes en la superficie. El ácido, normalmente clorhídrico (HCl) o sulfúrico (HSO), reacciona con los óxidos, formando sales solubles en agua y liberando hidrógeno.

Ejemplo con Ácido Clorhídrico y Óxido de Hierro:

Considerando el óxido de hierro (III) (FeO), una de las impurezas más comunes en las superficies metálicas, la reacción puede representarse como sigue:

Qué ocurre en la reacción:

Disolución del óxido: El ácido clorhídrico «ataca» la capa de óxido de hierro, rompiendo los enlaces químicos y formando iones de hierro e iones de cloruro.
Formación de sal: Los iones de hierro y cloruro se combinan para formar el cloruro de hierro (III), una sal soluble en agua.
Liberación de hidrógeno: La reacción también libera gas hidrógeno, que se desprende de la solución.

El cloruro de hierro (III) formado en la reacción es soluble en agua y se elimina fácilmente de la superficie metálica mediante enjuague.

Los factores que influyen en el decapado y que orientarán la elección del mejor ácido y proceso dependerá del tipo de metal, el espesor de la capa de óxido, la temperatura, la agitación y otros componentes que pueden influir en este sistema, como la pintura de las piezas o la suciedad de aceites y grasas.

 

La importancia del Círculo de Sinner

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