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Sensori per il monitoraggio dei sistemi di cottura industriali

Spaetzle „al dente“

Il sistema di cottura CK1600, prodotto da staedler automation AG. Questa linea sarà utilizzata per cucinare gli spaetzle.

Cuocere in acqua calda, scolare e passare in acqua fredda, ecco fatto. Il sistema di cottura per gli spaetzle di staedler utilizza lo stesso metodo tradizionalmente impiegato dalle massaie, portato però a dimensioni industriali. E accuratamente controllato dai sensori ifm per garantire che la qualità del prodotto rimanga sempre ad alto livello.

Staedler automation AG è un’azienda con sede a Henau, Svizzera, con 10 anni di esperienza nella produzione di sistemi per l'automazione dei processi.  Per l'industria alimentare staedler produce anche sistemi di cottura completamente automatizzati.

Il sistema qui di seguito descritto è stato messo a punto per un cliente che produce gli spaetzle, diffusi soprattutto nel Sud della Germania e in Alto Adige.

Lukas Staedler, CEO di staedler automation AG, spiega come funziona il sistema: "Bisogna immaginarsi una pentola in continuo movimento. Ciò significa che la pasta viene caricata all'inizio della linea e fatta avanzare per un tempo definito attraverso il sistema in modo tale da garantire il giusto grado di cottura a fine linea. In questo modo siamo in grado di assicurare un prodotto di qualità costante”.

Per la cottura, la pasta viene trasferita nell’acqua calda usando una pala. Poiché non vi è praticamente alcun contatto meccanico tra la macchina e il prodotto durante il processo di cottura, è possibile ridurre al minimo eventuali danni al prodotto. Al termine del processo gli spaetzle vengono trasferiti rapidamente nella zona di raffreddamento dove una cascata di acqua fredda blocca istantaneamente la cottura.

"In linea di principio, sistemi come questo possono cucinare tutto ciò che galleggia" sottolinea Lukas Staedler. "In questa linea specifica produciamo pasta fresca come ravioli, tortellini, o in questo caso gli spaetzle. Ma potrebbero essere anche salsicce o verdure. Il sistema produce fino a 2,5 tonnellate l'ora di spaetzle".

Mantenere la temperatura corretta

Quando cuciniamo a casa e vediamo che l'acqua inizia a bollire sappiamo che questa è la temperatura giusta per cuocere la pasta, tuttavia, nei processi di cottura industriale le temperature devono essere più precise.  Solo in questo modo è infatti possibile fornire la qualità costante del prodotto richiesta dal cliente.

Nel sistema di cottura staedler la temperatura viene misurata in due punti, ovverosia i punti di controllo critici (CCP), per rilevare i valori di processo più importanti. Uno di questi è la temperatura dell'acqua in procinto di bollire, che deve essere esattamente a 95°C.  L'altro è la temperatura del bagno di raffreddamento in cui viene interrotto il processo di cottura. Due sensori di temperatura controllano lo scambiatore di calore garantendo la precisione richiesta.

In entrambi i punti CCP staedler impiega i sensori di temperatura TA2502 forniti da ifm. Questi sensori sono dotati di una sonda di temperatura Pt1000 a risposta rapida ad alta precisione che copre un ampio range di temperature (da -50 a 200 °C). Inoltre, i sensori assicurano un'elevata ripetibilità e stabilità a lungo termine, requisiti indispensabili per la qualità ottimale e costante del prodotto.

In futuro, per monitorare questi punti, staedler prevede di utilizzare i sensori di temperatura TCC con funzione di auto-monitoraggio integrata, sempre forniti da ifm. Questi sensori si distinguono per i due elementi di misura indipendenti con caratteristiche di temperatura opposte che si contrastano a vicenda. Grazie a ciò, le deviazioni dalle impostazioni possono essere riconosciute e rilevate immediatamente mediante segnali di allarme, oltre a essere chiaramente visualizzate tramite un LED collocato sull'unità stessa. In questo modo è possibile intervenire e riportare la temperatura nei limiti previsti in ogni momento tra due interventi di calibrazione successivi. Con altri tipi di sensori di temperatura industriali invece, le eventuali deviazioni di temperatura che ad esempio si verificano subito dopo la calibrazione vengono riconosciute e rilevate solo durante la calibrazione successiva. Nel peggiore dei casi si potrebbe quindi arrivare a costosi richiami di prodotti già immessi sul mercato, con tutte le conseguenti ricadute negative sull’immagine del produttore.

Monitoraggio della pulizia CIP tramite la conduttività

Dopo ogni ciclo di produzione il sistema viene sottoposto a un processo di pulizia CIP. Una pompa separata viene utilizzata per risciacquare la linea di produzione con detergenti alcalini e acidi. Dopodiché si procede al risciacquo finale con acqua pulita prima di riavviare la produzione. Durante le operazioni di pulizia il sensore di conducibilità ifm LDL200 svolge un ruolo importante. Mediante la misurazione precisa della conducibilità elettrica è possibile confermare se la linea contiene un certo detergente e in quale concentrazione. In base ai valori di misura, il sistema di controllo riconosce, ad esempio, se devono essere aggiunti ulteriori detergenti o se è vi stato il risciacquo preliminare, intermedio e finale. La fase finale del processo di pulizia consiste nel risciacquo con acqua pulita. Solo quando viene raggiunto l'esatto valore di conducibilità dell'acqua di risciacquo finale, il sistema è pronto per ritornare in produzione. Ciò garantisce una netta separazione di fase nel corso della pulizia CIP.

In simultanea con la misurazione della conducibilità, il sensore LDL200 provvede anche a misurare la temperatura media, e quindi trasferisce i valori di misura al sistema di controllo mediante il protocollo di comunicazione IO-Link. Questo protocollo viene utilizzato anche per il controllo dello scambiatore di calore in modo tale da assicurare che vi sia sempre energia sufficiente per la regolazione della temperatura dell'acqua bollente.

Il livello a colpo d’occhio

Il sistema è equipaggiato inoltre con due grandi serbatoi dell'acqua destinati a contenere rispettivamente il bagno di acqua calda e il bagno di raffreddamento alla fine del processo. Sensori di pressione sono installati nella parte inferiore di ciascun serbatoio con il compito di misurare la pressione idrostatica. Questi sensori, anch’essi forniti da ifm, operano in un range di pressione ideale da 100 mbar a 2,5 bar e misurano e regolano in maniera precisa il livello dell’acqua nei serbatoi, evitando così possibili traboccamenti in fase di riempimento.

Rilevamento del flusso d’acqua

Una certa quantità d’acqua viene dispersa durante il processo di cottura, a causa sia dell’assorbimento dell’acqua da parte del prodotto (in questo caso gli spaetzle) sia dell’evaporazione durante la cottura. Per questi motivi occorre alimentare continuamente nuova acqua al sistema.

Come commenta Lukas Staedler: "Per regolare il rifornimento di acqua dolce usiamo il misuratore di portata magnetico SM2100 di ifm che provvede a rilevare in continuo il flusso durante il processo di cottura in collaborazione con i sensori di livello.  Quando i sensori di livello segnalano che l'acqua nei serbatoi sta diminuendo viene caricata nuova acqua e il flussometro determina la perdita di acqua assorbita dal prodotto o dispersa sotto forma di vapore.

L'acqua viene dispersa anche durante la rimozione dei fanghi residui. L'acqua di processo viene scaricata e viene aggiunta nuova acqua. Ciò avviene entro un intervallo di tempo determinato dalla ricetta. Anche in questo caso il misuratore SM viene utilizzato per rilevare la quantità d’acqua da aggiungere.

Il misuratore svolge anche un ruolo importante durante il processo di pulizia in quanto monitora la quantità di acqua utilizzata per il risciacquo. In questo modo è possibile controllare in maniera trasparente i consumi d’acqua durante l'intero processo di cottura.

Monitoraggio di posizione con sensori induttivi

Sul sistema sono installati anche sensori induttivi per il rilevamento della posizione. Anche se non fanno direttamente parte del processo di cottura, essi svolgono un'importante funzione di monitoraggio. Il tappeto sul quale il prodotto viene trasferito da e verso il bagno di raffreddamento può essere alzato mediante un sollevatore per eseguire le operazioni di pulizia manuale.  Due sensori induttivi vengono utilizzati per il rilevamento senza contatto della posizione superiore e inferiore. Essi assicurano inoltre che il sistema possa essere riavviato solo se il tappeto si trova nella posizione inferiore corretta.

Un terzo sensore induttivo, montato in corrispondenza dell’estremità del tappeto, può essere parimenti rimosso per la pulizia manuale. Il sensore verifica in modo autonomo se è stato riposizionato correttamente prima di riprendere la produzione.

Protocollo IO-Link per la comunicazione tra i sensori

Tutti i sensori sono collegati al sistema di controllo tramite IO-Link. Questo protocollo di comunicazione digitale trasferisce i valori di misura al sistema di controllo in formato digitale. Ciò significa che gli errori di misurazione causati dalle perdite di conversione possono essere evitati in modo affidabile. Ma IO-Link può fare molto di più.

Secondo Lukas Staedler: "Ogni sensore che si configura come sensore CCP deve essere controllato su base annuale o semestrale. I sensori di temperatura sono posizionati in un liquido alla temperatura di riferimento e calibrati. Noi calibriamo i sensori di temperatura attraverso IO-Link”.

Con il sensore di conducibilità LDL rileviamo i valori di processo, temperatura e conducibilità utilizzando un singolo filo. Tramite IO-Link il misuratore di portata magnetico SM trasferisce i valori rilevati e la velocità al sistema di controllo mediante un'unica porta di output.

In merito alla domanda se IO-Link semplifica realmente i processi di automazione, Lukas Staedler ha un'opinione chiara: "Fondamentalmente automazione significa più impegno, ma dall’altra parte IO-Link fornisce un valore aggiunto definito. È possibile trasferire diversi valori di segnale con un unico filo. Ciò consente di risparmiare sui costi di installazione. Oppure, se guardiamo ai sensori di temperatura, la calibrazione avviene direttamente sul sensore e non inserendo valori correttivi nel sistema di controllo come in precedenza. In questo modo si semplifica anche la programmazione del sistema di controllo. Tutto considerato, quindi, i vantaggi di IO-Link sono di gran lunga maggiori”.

Conclusioni

Lukas Staedler si dichiara convinto dalle soluzioni di automazione fornite da ifm: "Siamo molto soddisfatti di ifm. Abbiamo coinvolto ifm anche in alcuni progetti precedenti. Il motivo è che ifm ha una visione totale dei sensori. Sensori induttivi, misuratori di portata magnetici, sensori di temperatura, sensori di pressione e rilevatori della conducibilità. In breve: grazie ai sensori ifm siamo in grado di coprire tutte le nostre esigenze. Inoltre, il rapporto qualità-prezzo è quello giusto. I sensori sono assolutamente utili nei sistemi di questo tipo e sono anche convenienti. Pensiamo di rivolgerci a ifm anche per i nostri progetti futuri".