sponsorizzatoEfficienza nella tecnologia di processo Tecnologia dei fluidi per una maggiore efficienza energetica

La tutela del clima, la conservazione delle risorse e i prezzi dell’energia costringono l’industria di processo a tenere conto degli aspetti economici ed ecologici. Il mantra è: «Non meno, ma meglio». I componenti e i sistemi fluidici, così come i sensori e i sistemi di regolazione, hanno un’influenza determinante su tale intensificazione dei processi.

Un affare costoso: secondo l’Ufficio federale di statistica, il solo settore chimico era responsabile del 27,9% del fabbisogno energetico dell’intera industria tedesca. Ciò comporta costi elevati – non solo a seguito delle crisi del prezzo del petrolio e dell’abbandono del carbone – e si riflette nel bilancio di sostenibilità. Il risparmio è quindi l’imperativo del momento, preferibilmente senza dover scendere a compromessi sulla produzione. Non è affatto facile, dato che gli impianti e i processi moderni sono già ottimizzati in larga misura in termini di efficienza. Eppure esistono ancora: i consumi energetici nascosti e i potenziali inutilizzati – vale quindi la pena guardare più da vicino, anche e soprattutto nei processi apparentemente ausiliari come la fluidica.

In questo modo, grazie alla scelta oculata dei componenti giusti è possibile risparmiare rapidamente importi a cinque cifre in euro: Le valvole elettropneumatiche, che combinano un comando elettronico con un azionamento ad aria compressa, offrono in numerose applicazioni, dall’industria di processo all’automazione, vantaggi quali sicurezza operativa, tempi di commutazione rapidi e facile interconnessione. Ma dove c’è luce, c’è anche ombra: i componenti convenzionali richiedono sempre una certa quantità di aria compressa per mantenere la valvola, per così dire, bloccata nella posizione di chiusura.

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Gli esperti di fluidica di Bürkert dimostrano che esiste un’alternativa con i regolatori di posizione e di processo SideCONTROL. Facilmente installabili su comuni attuatori lineari e rotativi, possono essere controllati tramite IO-Link, ASI, Profinet, Profibus, Modbus TCP o Ethernet. E non è tutto: le valvole così equipaggiate necessitano di aria compressa solo quando è effettivamente prevista un’azione di regolazione, ovvero un movimento dell’attuatore. «Con l’impiego di SideCONTROL, gli operatori risparmiano fin dal primo istante – anche negli impianti esistenti», ne è convinto Daniel Jakob, esperto di valvole presso Bürkert. Ne vale la pena: con consumi tipici di aria compressa nell’ordine delle centinaia di litri, è possibile risparmiare per ogni valvola importi a tre o quattro cifre, spiega lo specialista di fluidica. Poiché in un tipico impianto industriale una valvola raramente è l’unica presente, questi valori si traducono in importi considerevoli.

Grazie all’impiego di SideCONTROL, gli operatori risparmiano fin dal primo istante. Con consumi tipici di aria compressa dell’ordine di centinaia di litri, è possibile risparmiare importi a tre o quattro cifre per ogni valvola, anche negli impianti esistenti.

Daniel Jakob, esperto di valvole presso Bürkert

E non è nemmeno necessario installare un nuovo sistema: i regolatori di posizione SideCONTROL possono essere montati su quasi tutti gli attuatori lineari e rotativi, senza dover intervenire in alcun modo sul circuito idraulico. In caso di retrofit, il corpo valvola esistente e le parti a contatto con il fluido possono rimanere inalterati – e il comando tramite IO-Link, Profibus, Modbus TCP o Ethernet garantisce l’integrazione nel sistema di controllo dell’impianto. Funzioni come X.TUNE o P.TUNE consentono di regolare perfettamente il regolatore di posizione o di processo sulla rispettiva valvola con la semplice pressione di un pulsante, spiegano gli sviluppatori. E grazie alla funzione di diagnostica integrata, è garantita anche la sicurezza del processo.

Il corpo valvola: un campione del risparmio energetico

Vale quindi la pena prestare attenzione anche ai componenti più piccoli. Anche componenti apparentemente insignificanti come i corpi valvola possono contribuire a migliorare l’efficienza. Proprio così, anche il corpo rigido consuma energia: da un lato quando i componenti vengono stampati in metallo massiccio, ma anche quando devono essere riscaldati, ad esempio durante i processi di sterilizzazione: durante il processo SIP (Sterilization in Place) è necessaria una grande quantità di vapore ultra-puro per portare i corpi valvola, che hanno una massa elevata, alla temperatura di sterilizzazione. Allo stesso tempo, ciò allunga i tempi di cambio lotto, poiché gli alloggiamenti dalle pareti spesse si riscaldano e si raffreddano solo lentamente.

Il ragionamento è quindi semplice: più il corpo valvola è massiccio e pesante, più la produzione e la pulizia risultano complesse. Un motivo sufficiente per gli sviluppatori di Bürkert per introdurre nella gamma un corpo valvola leggero, in cui il corpo della valvola non viene fresato da un blocco pieno né forgiato a macchina. Il Tube Valve Body viene ricavato da un tubo liscio – non tramite forgiatura, bensì tramite idroformatura. In questo processo, il tubo in acciaio inossidabile viene inserito direttamente nello stampo e deformato sotto elevata pressione interna. Grazie a una distribuzione mirata della pressione e a un trattamento termico controllato, si ottiene così un corpo valvola dalla forma precisa, privo di saldature nella zona a contatto con il fluido. E non solo: poiché il corpo valvola viene formato da un unico pezzo grezzo, presenta lo stesso spessore delle pareti su tutta la lunghezza ed è quindi particolarmente robusto.

Una tipica valvola da 2 pollici è quindi fino al 75% più leggera di un corrispondente componente forgiato: ciò consente di risparmiare materiale ed energia sia durante la produzione che durante il funzionamento, poiché, essendo presente meno metallo, la massa da riscaldare o raffreddare è minore. Un esempio di calcolo lo dimostra chiaramente: se durante il processo di sterilizzazione la temperatura viene aumentata di 100°, si possono ottenere risparmi energetici superiori al 50% per ogni ciclo SIP. Inoltre, gli operatori risparmiano tempo ad ogni cambio di lotto e aumentano la produttività del loro impianto, mentre le membrane delle valvole, sensibili alla temperatura, vengono preservate. In alcune applicazioni è così possibile raddoppiare la durata delle membrane, prolungando notevolmente i cicli di manutenzione necessari.

Con la sua efficienza che va dalla produzione al funzionamento fino alla fine del ciclo di vita di un componente, il Tube Valve Body dimostra come possa essere una fluidica sostenibile a 360 gradi – e quale ruolo svolgano i componenti in questo contesto.

Tuttavia, una valvola raramente è utilizzata da sola – nemmeno nella produzione farmaceutica e biotecnologica, dove tubazioni e tubi flessibili vengono collegati in sistemi a circuito chiuso. Ciò consente di convogliare in modo continuo fluidi quali WFI (Water for Injection), acqua ultrapura o fluidi sterili all’interno del circuito, riducendo al minimo l’introduzione di germi. Anziché trasportare i fluidi tramite condotte di derivazione verso i singoli punti di prelievo (rubinetti), il liquido circola costantemente all’interno del circuito. Il prelievo avviene tramite valvole a membrana specializzate a Y e a T direttamente sul flusso, per evitare il ristagno d’acqua e quindi la formazione di biofilm.

Meno spazi morti: risparmiare durante la pulizia

Tali sistemi ad anello per un numero di fluidi compreso tra quattro e dieci rappresentano lo stato dell’arte fin dagli anni ’80 circa. Tradizionalmente si utilizzano valvole a membrana standard, il che comporta tuttavia una serie di svantaggi, quali un volume interno elevato e innumerevoli punti di saldatura. Anche il cambio dei fluidi risulta difficile: a seconda della posizione di installazione, non è sempre possibile uno svuotamento completo dei residui, il che può causare la contaminazione incrociata dei fluidi; gli operatori devono quindi chiarire se e quando sono necessarie pulizie intermedie. Anche la posizione di installazione nell’anello è determinante per l’onere di pulizia, che può richiedere molto materiale, energia e tempo. Nelle strutture massicce, il riscaldamento lento prolunga la sterilizzazione, aumenta il consumo energetico e sottopone le membrane a sollecitazioni termiche. Queste si usurano più rapidamente, con conseguenti fermi impianto, costi di manutenzione aggiuntivi e necessità di una nuova sterilizzazione.

Ma ciò che era all’avanguardia ai tempi del synth-pop e del taglio “vokuhila” non deve necessariamente esserlo ancora oggi: Le valvole multiporta come il sistema Robolux di Bürkert combinano funzioni di commutazione indipendenti per due processi in un unico alloggiamento con una sola membrana e un unico azionamento doppio. In questo modo è possibile realizzare nodi complessi con un gran numero di componenti e funzioni, che tuttavia richiedono uno spazio relativamente ridotto e presentano migliori caratteristiche fluidiche, spiegano gli sviluppatori. Una valvola multiporta di questo tipo richiede circa il 40% di spazio in meno e quindi anche meno sforzo di pulizia ed energia termica. I tempi di sterilizzazione più brevi così ottenuti vanno a vantaggio della durata delle membrane e riducono le esigenze di manutenzione. Anche in altri settori, come ad esempio nella separazione dei fluidi per i processi cromatografici, gli utenti traggono vantaggio da questi benefici offerti dalle valvole a membrana multiporta.

Risparmio energetico grazie a una tecnologia delle valvole efficiente: scoprite come ridurre in modo mirato le perdite di energia e ammodernare in modo efficiente gli impianti esistenti, senza interferire con i processi in corso!

Sistemi efficienti per la regolazione della pressione del gas

Poiché quasi nessun processo è uguale all’altro, occorrono soluzioni su misura per l’applicazione, al fine di risparmiare energia e aumentare l’efficienza. Non c’è da stupirsi che Bürkert voglia supportare gli utenti sia con soluzioni standard che con sviluppi personalizzati, ad esempio con sistemi di regolazione della pressione del gas. Infatti, indipendentemente dal fatto che si producano acqua gassata, birra o vaccini, l’atmosfera gassosa nei serbatoi richiede un monitoraggio accurato. I sistemi di regolazione della pressione soddisfano i requisiti igienici e regolano la pressione del gas in modo preciso e sicuro per il processo. E questo non solo nelle applicazioni con gas inerte, ma in tutte le applicazioni di pressurizzazione e riempimento.

Grazie alla regolazione precisa è possibile, ad esempio, ridurre notevolmente il consumo di gas inerte. Poiché questi sistemi funzionano in modo completamente autonomo – a parte l’impostazione del valore di riferimento – è possibile automatizzare con relativa facilità i sistemi manuali e imprecisi utilizzati finora. Nella fase successiva, l’integrazione in un sistema di monitoraggio può consentire ulteriori ottimizzazioni del processo. Il design robusto garantisce una lunga durata e gli elevati costi di manutenzione dovuti alla corrosione appartengono ormai al passato; al contrario, la disponibilità dell’impianto e la produttività aumentano, mentre i costi operativi diminuiscono, poiché non vi è alcuno spreco di fluidi.

Non più energia del necessario

Quando si tratta di commutazioni rapide e automatizzate, vengono spesso utilizzate valvole con attuatori elettromagnetici. Queste garantiscono una commutazione affidabile e precisa, ma richiedono anche energia per mantenere la valvola attivamente “aperta”. Per questo tipo di applicazioni, Bürkert, specialista nel settore della fluidica, offre, con la sua gamma di elettrovalvole, soluzioni a risparmio energetico dotate di doppia bobina e della cosiddetta elettronica «kick-and-drop»: In questo caso, la bobina viene inizialmente sovraeccitata da un impulso di tensione elevata per generare l’elevata forza di attrazione necessaria all’apertura della valvola. Dopo pochi millisecondi, l’elettronica integrata nella bobina sovrastampata passa a una modalità di mantenimento a basso consumo energetico. In questo modo, l’assorbimento di potenza viene drasticamente ridotto. Grazie al basso assorbimento di potenza, inoltre, il riscaldamento proprio massimo della valvola è minore, il che riduce i depositi e l’incrostazione di calcare, aumenta notevolmente la durata di vita ed evita le ustioni. Inoltre, le valvole convincono per il loro funzionamento silenzioso e soddisfano elevati requisiti di compatibilità elettromagnetica (EMC).

Uno sguardo al mondo della fluidica: ne vale la pena

Negli ultimi decenni il settore della fluidica ha subito notevoli cambiamenti: anche il settore dei componenti, fortemente orientato all’hardware, non può sfuggire alle megatendenze della digitalizzazione, della connettività e dell’efficienza energetica. Le valvole interconnesse e digitalizzate rendono sempre più labili i confini tra la fluidica e l’automazione, mentre soluzioni dettagliate ed efficienti dimostrano quale potenziale si celi nei cicli dei materiali. Vale la pena prestare attenzione: sia per il portafoglio che per l’impatto ambientale!

Focus sulla tecnologia:

Visibilità durante il flusso

Misurazioni senza contatto, anche in presenza di bassa conduttività: è questa la promessa della tecnologia FLOWave di Bürkert. A tal fine, gli esperti di fluidica non si affidano a effetti magneto-induttivi né a componenti integrati nel tubo, ma utilizzano le onde acustiche di superficie (Surface Acoustic Waves, in breve SAW). I sensori montati sulla superficie esterna del tubo di misura inviano un impulso in entrambe le direzioni all’interno del fluido in movimento. Il movimento del fluido provoca differenze nei tempi di transito, dalle quali è possibile calcolare con precisione la portata. Poiché nessun elemento di misura sporge all’interno del tubo e la geometria del tubo rimane invariata, il fluido scorre liberamente senza spazi morti né turbolenze aggiuntive.

A differenza dei misuratori magnetico-induttivi, FLOWave non richiede una conduttività minima. È quindi adatto anche a fluidi a bassa conduttività, come l'acqua ultrapura. A seconda della versione, lo strumento rileva anche la temperatura e un fattore di densità e può aiutare a individuare cambi di prodotto o anomalie nel processo. I campi di applicazione tipici sono l’industria alimentare e delle bevande, nonché il settore farmaceutico e biotecnologico.