Sensori LDL: la nuova visione della separazione di fase e del monitoraggio CIP

Contenuto

• Vantaggi
• Applicazioni
• Tecnologia
• Selettore prodotti
• Condizioni di montaggio
• FAQ

Grazie a IO-Link, i sensori LDL offrono i seguenti vantaggi:

• Valore di conducibilità e di temperatura tramite un unico cavo
• Alta risoluzione di misura senza scala
• Cambio ricetta e impostazioni del dispositivo con processo in corso
• Stato attuale del dispositivo
• Istogramma delle ore di esercizio
• Memoria interna per i valori di conducibilità/temperatura min e max
• Sostituzione automatica del dispositivo

Con IO-Link la risoluzione del valore di conducibilità è costante su tutto il campo di misura (particolarmente importante se si usa la versione induttiva). Un tipico processo CIP utilizza prodotti chimici ad alta conducibilità e acqua di lavaggio a bassa conducibilità. Con un’uscita analogica il segnale viene graduato su un campo di misura più ampio, cosa che riduce la capacità di rilevare variazioni minime nella conducibilità. Questo può far sì che nell’acqua di lavaggio o nel prodotto ci siano residui di prodotti chimici che non vengono identificati.

CIP (Clean-in-Place)

Per continuare ad essere competitivi è importante ridurre al minimo i fermi della produzione senza compromettere la sicurezza e la qualità dei prodotti. Controlla la concentrazione del detergente e accertati che i prodotti chimici vengano completamente scaricati dalla tubazione.

Testimonianze: processo CIP in uno stabilimento lattiero-caseario

Una grande azienda lattiero-casearia internazionale (con siti di produzione in tutto il mondo) doveva affrontare la sfida di migliorare il proprio sistema di analisi per i liquidi, soprattutto in relazione al CIP.

• 50 % di tasso di guasto ai sensori all’anno – circa € 1000 per ogni sensore
• Costi dovuti ai fermi – fino a € 90.000 all’ora

L’azienda ha implementato il sensore LDL200 di ifm. In sostituzione di due sensori (uno per l’acqua di lavaggio a bassa conducibilità e uno per il detergente ad alta conducibilità), il sensore LDL200 copre l’intero campo di misura dei liquidi da misurare.

• Minori costi iniziali
• Ingombro ridotto
• Riduzione della necessità di manutenzione e di corsi di formazione
• Nessuna perdita di segnale per limitazioni della risoluzione

La verifica del processo CIP e dell’operazione di lavaggio era indispensabile per assicurare un’elevata qualità del prodotto finale.

Separazione di fase/verifica del prodotto

Essendo indipendente dalla torbidità del fluido, la conducibilità può essere utilizzata anche in applicazioni in cui non funziona un torbidimetro. La conducibilità è in grado di rilevare la separazione di fase tra acqua di lavaggio, soluzioni CIP alcaline o acide e il prodotto. Serve soltanto una differenza misurabile nella conducibilità del fluido.

La conducibilità dei fluidi nei sistemi CIP è ripetibile.

Monitoraggio delle perdite

In uno scambiatore di calore si utilizza un liquido per riscaldare o raffreddare un altro liquido. Un sensore di conducibilità, montato nello scarico o nel serbatoio dell’acqua calda del condensatore, offre una possibilità semplice per rilevare facilmente le perdite.

In questo modo si assicura anche che i liquidi non si siano mescolati e che vengano aumentate l’efficienza e la qualità del processo di riscaldamento/raffreddamento.

Qualità dell'acqua

L’acqua non trattata proveniente da laghi, fiumi o colonne idrauliche può essere contaminata e causare incrostazioni e corrosione nei macchinari e impianti industriali, in particolare scambiatori di calore, torri di raffreddamento e accumulatori di acqua calda. Poiché la conducibilità è la misurazione della concentrazione complessiva di ioni, è l’ideale per monitorare la demineralizzazione. Accertarsi che all’inizio del processo sia presente la corretta qualità dell’acqua. Rilevare se l’acqua è riutilizzabile in un altro punto dell’impianto o del processo. Si può ridurre il consumo complessivo di acqua se si può utilizzare l’acqua dell’ultima operazione di risciacquo per la prima operazione di prelavaggio del ciclo di pulizia successivo.

Salinità

La concentrazione di sale (NaCl) nell’acqua può essere controllata con la conducibilità. Bastano 5 granelli di sale per causare una differenza misurabile della conducibilità.

Negli impianti di dissalazione dell’acqua potabile si possono monitorare i residui ionici. Si può monitorare altresì la concentrazione di acqua salina per migliorare la potenza refrigerante dell’acqua (abbassamento del punto di congelamento) e assicurare l’alto livello qualitativo delle soluzioni saline nell’industria alimentare.

Testimonianze: contenuto di sale nell’acqua di raffreddamento

Un grande centro di lavorazione della carne era alla ricerca di una soluzione per automatizzare il serbatoio dell’acqua di raffreddamento. I serbatoi contengono una soluzione salina satura. Viene utilizzata per abbassare la temperatura dell’acqua di raffreddamento più intensamente di quanto sia possibile con l’acqua standard. Poiché l’acqua di raffreddamento è a contatto diretto con il prodotto, in questo caso occorre una soluzione sicura.

In passato si effettuavano misurazioni periodiche manuali con il salinometro in ogni serbatoio dell’acqua di raffreddamento e si modificava adeguatamente la concentrazione di sale. È un processo che richiede molto lavoro, in quanto vi sono diversi serbatoi distribuiti su tutto l’impianto e i relativi valori di tendenza si basano sulla carta da refrigerare confezionata in modo diverso. La concentrazione di sale veniva modificata a mano e dipendeva dai collaboratori che eseguivano con grande cura questi processi che richiedevano molto lavoro.

La conseguenza critica, risultante da una misurazione errata o da una concentrazione troppo bassa, sarebbe la possibilità di congelamento del serbatoio dell’acqua di raffreddamento e/o del sistema di raffreddamento. Ne conseguirebbero fermi e tempi di produzione persi in attesa dello scongelamento dei serbatoi. Un altro fattore era quello della qualità dei prodotti: anche la soluzione salina veniva utilizzata per aromatizzare determinati alimenti. Concentrazioni diverse incidono sull’intensità del sapore. L’utilizzo eccessivo di sale è uno spreco di risorse e può causare depositi o intasamenti nel sistema.

La conducibilità misura la capacità di una sostanza di condurre una corrente elettrica. Viene influenzata dal numero di ioni liberi (sali, basi, acidi) nel fluido e dalla temperatura del fluido: più è alto il numero di ioni, più è alta la conducibilità. Normalmente, il sensore di conducibilità è formato da due lastre di metallo a contatto con il fluido. Se in un fluido conduttivo si inseriscono due elettrodi e si applica una tensione, scorre la corrente.

Gli ioni a carica positiva (cationi) si muovono in direzione elettrodo a carica negativa e gli ioni a carica negativa (anioni) si muovono verso l’elettrodo a carica positiva. Più è alto il numero di ioni liberi nel fluido e più è alta la conducibilità elettrica del fluido, tanto più alta è anche la corrente.

L’unità SI della conducibilità è il siemens al metro (S/m). La figura seguente illustra i valori di conducibilità di alcuni fluidi comuni.

Esistono due metodi per misurare la conducibilità: quello galvanico e quello induttivo. La scelta dipende dalla conducibilità del fluido, dalla corrosività del liquido e dalla percentuale di sostanze sospese.

Sensori di conducibilità galvanici (LDL1xx)

Il sensore di conducibilità galvanico di ifm ha due elettrodi metallici come altri sensori di conducibilità a misura diretta. La differenza nel nostro design sta nel fatto che il corpo del sensore e la tubazione metallica fungono da primo elettrodo e che la punta di metallo funge da secondo elettrodo.

Tra la punta e l’avvitatura del corpo del sensore viene applicata una tensione e si misura il flusso di corrente.

Sensori di conducibilità induttivi (LDL2xx)

Un sensore di conducibilità induttivo è costituito da due bobine metalliche avvolte con filo chiuse in un corpo di plastica (i prodotti di ifm utilizzano il PEEK). La prima bobina (bobina emittente) genera una tensione elettrica nel liquido. A seconda della conducibilità del fluido si forma una corrente alternata. Quest’ultima nella seconda bobina (bobina ricevente) genera un campo magnetico alternato che è proporzionale alla conducibilità del fluido.

La misurazione della conducibilità induttiva presenta diversi vantaggi:

• ha un’elevata resistenza alla corrosione grazie alla punta in PEEK
• è insensibile ai solidi nel fluido purché non sia otturato il canale di misura
• non vi è alcun influsso da parte di fluidi ad alta conducibilità

Influsso della temperatura

La conducibilità di un materiale dipende in modo particolare dalla temperatura: circa 1...5 % per ogni °C. Tutti i sensori di conducibilità sono dotati di misurazione incorporata della temperatura per la compensazione in caso di variazioni della temperatura nel fluido.

Sensori LDL: altre caratteristiche

Nelle morsettiere per cavi e nei pressacavi può penetrare umidità. Qui spesso abbiamo un punto debole dei sensori che sono installati in ambienti bagnati. I sensori LDL riducono i guasti grazie ad un trasmettitore all-in-one con IP68/ IP69K. I sensori hanno un corpo d’acciaio chiuso e la sonda in PEEK; morsettiere e pressacavi non sono necessari.

Tutti i sensori di conducibilità LDL sono forniti con certificato di fabbrica e sono pronti al funzionamento “out-of-the-box”. Sulla nostra homepage, con il numero di serie del sensore è possibile procedere al download del certificato di fabbrica gratuito.

Grazie ad IO-Link, i sensori si possono calibrare anche sul campo con il Parameter Calibration Gain (CGA) e una soluzione standard o di riferimento.

I sensori LDL sono costituiti da due versioni:

• LDL100 con un campo di misura da 100µS/cm a 15mS/cm. I fluidi con una conducibilità superiore a 15mS/cm non si possono misurare, ma il sensore può essere utilizzato per la differenziazione di un fluido entro il campo di misura.
• LDL2xxin un campo di misura da 100µS/cm a 1S/cm.

Selettore in base al fluido / valore di conducibilità

Per un corretto funzionamento occorre rispettare alcune direttive.

Montaggio

È preferibile montare il sensore nei tubi montanti per garantire una tubazione piena. Se il sensore viene montato in una tubazione orizzontale, allora occorre montarlo formando un angolo di max 45° rispetto alla linea orizzontale. In questo modo si evitano bolle d’aria e depositi.

Nel sensore LDL2xx il canale di misura va orientato parallelamente alla direzione di flusso. Sul corpo del sensore è impresso a laser un segno che indica l’orientamento corretto nella tubazione

Diametri tubi / adattatore consigliato