staedler automation AG - Sensores para o monitoramento de sistemas de cozimento industrial
Relatório de aplicação
Instalações de cozimento do tipo staedler CK1600, construídas pela empresa staedler automation AG. Mais tarde, a spaetzle é cozida em banho-maria nesta unidade.
Spaetzle "al dente”
Colocar a massa em água quente, ferver, resfriar e pronto. Assim como todos fazem em casa, o fogão para cozimento de spaetzle da empresa staedler também funciona assim, mas em dimensões industriais e controlado com precisão com os sensores da ifm. Para uma alta qualidade constante do produto.
A empresa staedler automation AG de Henau na Suíça fabrica sistemas para automação de processos há mais de 10 anos. Entre outros produtos, fabrica sistemas de cozimento totalmente automáticos para a indústria alimentícia. A instalação mostrada aqui será utilizada posteriormente pelo cliente para cozinhar spaetzle, um tipo especial de macarrão. Lukas Staedler, gerente da staedler automation AG, explica o funcionamento: "Você tem que imaginar que é uma panela de cozimento que funciona continuamente. Isto significa que a massa crua é adicionada na parte inicial do sistema e passa pelo sistema em um tempo definido para que no final o produto saia com o ponto de cozimento ideal. Alcançamos uma qualidade de produto constante em um tempo de cozimento definido."
Os alimentos cozidos são transportados através de pás no banho-maria de água quente. Como o processo de cozimento não requer praticamente nenhum contato mecânico entre a máquina e o produto, os danos ao produto também são minimizados. No final, os alimentos cozidos são rapidamente transferidos para a zona de resfriamento. O resfriamento com água fria evita a recozimento do produto.
"Em princípio, instalações como esta podem cozinhar tudo o que flutua", enfatiza Lukas Staedler. "Na instalação atual, trata-se de massas frescas como ravióli, tortellini ou spaetzle. Mas também podem ser salsichas ou legumes. No total, esta planta atinge uma produção de 2,5 toneladas de produto por hora".
Manter as temperaturas exatamente
Enquanto em casa o borbulhar da água na panela é suficiente como uma determinação aparente da temperatura, a temperatura no processo de cozimento industrial deve ser mantida com muito mais precisão. Esta é a única maneira de obter um produto com uma qualidade constante, conforme exigido pelo cliente.
Assim, nesta instalação, a medição de temperatura em dois pontos fornece os valores mais importantes do processo, que também é chamado de Ponto de Controle Crítico (CCP). Por um lado, esta é a temperatura da água quase fervente, que neste caso deve ser regulada em exatamente 95 °C, e por outro lado, é a temperatura no banho de resfriamento, onde o processo de cozimento deve ser interrompido imediatamente. Dois sensores de temperatura garantem temperaturas exatas através da regulação do trocador de calor.
Imagem 1: os sensores de temperatura da série TA monitoram os valores de temperatura que devem ser mantidos com precisão tanto no banho de cozimento como no banho de resfriamento. Imagem 2: futuramente em uso na staedler: o sensor de temperatura TCC se automonitora, permitindo assim intervalos de calibração mais longos. As diferenças de precisão são detectadas automaticamente e sinalizadas via sinal de comutação e LED.
A staedler conta com sensores de temperatura ifm do tipo TA2502 nestes pontos críticos do produto. Esses sensores possuem um elemento de medição Pt1000 de alta precisão e resposta rápida para uma ampla faixa de temperatura de -50 a 200 °C. Além disso, estes sensores são caracterizados por uma alta repetibilidade e estabilidade a longo prazo, o que é um pré-requisito para uma qualidade ideal e constante do produto.
No futuro, a staedler planeja usar nesses pontos, sensores de temperatura de automonitoramento tipo TCC da ifm. A característica especial deste dispositivo: possui dois elementos de medição com curvas características opostas. Com isso, os desvios de precisão são detectados imediatamente e sinalizados tanto através de um sinal de comutação de alarme como através de um LED no dispositivo que é claramente visível à distância. Isso simplifica enormemente a garantia de qualidade confiável do produto, pois a confiabilidade da temperatura está garantida a todo momento entre os intervalos de calibração enquanto o sensor não detectar nenhum desvio e não emitir nenhum sinal de advertência apropriado.
Com sensores convencionais, por outro lado, pode ocorrer uma variação ou desvio de temperatura no dia seguinte à calibração, o qual só seria detectado na próxima calibração. Na pior das hipóteses, isso exigiria recalls de alto custo e prejudicaria a reputação do fabricante.
Monitoramento de limpeza CIP por meio do valor de condutividade
Após cada produção, a fábrica é limpa por meio de um processo CIP. Para este fim, uma bomba separada enxágua os tubos com produtos de limpeza alcalinos e ácidos. No final se enxágua novamente com água limpa antes que a produção possa ser retomada.
O sensor de condutividade ifm LDL200 desempenha um papel decisivo neste processo: por meio de uma medição precisa da condutividade, o sensor pode determinar claramente se há produto de limpeza no tubo e em que concentração. Com base no valor de medição, o controlador sabe, por exemplo, se é preciso adicionar concentrado de limpeza ou se o pré-enxágue, enxágue intermediário ou enxágue final foi concluído. Ao final da limpeza, os tubos são enxaguados com água limpa. Somente quando o valor exato da condutividade da água de enxágue for atingido é que a instalação é liberada novamente para a produção. Assim se garante uma perfeita mudança de fases no processo CIP.
Além da condutividade, o LDL200 também mede a temperatura do fluido e a transmite para o controlador através do protocolo de comunicação IO-Link. Isto também controla o trocador de calor para que sempre tenha energia suficiente para manter a temperatura de ebulição da água.
Níveis de enchimento sob controle
A instalação possui dois grandes reservatórios de água: um com a água quente e outro de resfriamento no final do processo. No fundo de ambos os reservatórios há sensores de pressão instalados que medem a pressão hidrostática. Os sensores ifm utilizados possuem uma faixa de pressão ideal de 100 mbar a 2,5 bar. Isto permite medir e controlar a altura de enchimento com precisão. Assim se evita de forma confiável que o reservatório transborde ao ser reabastecido com água.
Detecção da entrada de água
A água é perdida no processo de cozimento. Por um lado, porque o próprio produto, neste caso a spaetzle, absorve água e, por outro lado, porque parte da água evapora. Por isso é preciso abastecer constantemente com a água.
Lukas Staedler: "Usamos o sensor de fluxo magnético-indutivo SM2100 da ifm para o reabastecimento de água limpa. O sensor mede continuamente o fluxo durante o processo de cozimento. Isto ocorre em cooperação com os sensores de nível. Quando os sensores avisam que o nível de água está caindo, é adicionada água limpa e o sensor de fluxo determina a quantidade de água limpa que foi perdida pelo cozimento dos alimentos e pelo vapor.
Outra parte da água é perdida através do processo de drenagem onde a água usada é drenada e a água limpa é adicionada. Isto é realizado em função de um fator de tempo determinado de acordo com a receita. Mais uma vez o SM mede a quantidade de água que é reabastecida.”
O sensor de fluxo também desempenha um papel importante durante o processo de limpeza, pois monitora a quantidade de água potável que é utilizada para o enxágue. Desta forma o sensor é fundamental para garantir a transparência em todo o processo de cozimento.
Monitoramento de posição com sensores indutivos
Além disso, também estão instalados sensores indutivos para a detecção de posição. Mesmo que não estejam diretamente envolvidos no processo de cozimento, esses sensores desempenham uma importante função de monitoramento. A correia de resfriamento sobre a qual é colocado o produto que entra e sai do banho de resfriamento, pode ser levantada do reservatório por meio de uma polia para sua limpeza manual. Dois sensores indutivos detectam sem contato a posição final superior ou inferior. E também é garantido que a instalação só comece a funcionar quando a correia estiver na posição inferior correta.
Um terceiro sensor indutivo está montado na tela de ranhura que também é removida para a limpeza manual. O sensor verifica se a tela foi colocada corretamente antes que a produção possa ser iniciada.
Imagem 1: a correia de resfriamento pode ser levantada por uma polia para a limpeza. Os sensores indutivos monitoram as respectivas posições finais na parte superior e inferior. Imagem 2: só depois da tela de ranhura ter sido recolocada corretamente após a limpeza manual, é que o sensor indutivo permite que a produção seja reiniciada.
Comunicação do sensor via IO-Link
Todos os sensores estão conectados ao mestre através do IO-Link. Este protocolo de comunicação digital transmite ao controlador os valores de medição de forma digital. Desta forma são evitados erros de medição causados por perdas de conversão de forma confiável. Mas com o IO-Link se pode fazer muito mais.
Lukas Staedler: "Qualquer sensor que seja um sensor CCP deve ser verificado anualmente ou bianualmente. Para serem calibrados, os sensores de temperatura são colocados em um líquido de referência com uma temperatura definida. Nós calibramos os sensores de temperatura via IO-Link.”
Com o sensor de condutividade LDL, usamos a transmissão de ambos os valores de processo, temperatura e condutividade, em um único cabo. O sensor de fluxo SM transmite ao controlador tanto o valor do contador como a vazão atual através de uma saída via IO-Link.”
A respeito da atuação do IO-Link para simplificar a automação, Lukas Staedler tem uma opinião clara: “Em princípio, a automação pode parecer mais complexa, mas o IO-Link também oferece um claro valor agregado. Por um lado, é possível transmitir vários valores de medição de um sensor por um único cabo. Isto economiza custos de montagem. Por outro lado, os sensores de temperatura são calibrados diretamente no sensor e não mais através de valores de correção no controlador como ocorria antes. Isto simplifica o programa de controle. Portanto, em geral, as vantagens do IO-Link são enormes.”
O sensor de condutividade LDL200 detecta com segurança se há água clara ou líquido de limpeza do processo CIP nos tubos. Ao mesmo tempo, o sensor também mede a temperatura e transmite ambos os valores de medição via IO-Link ao controlador da instalação.
Os sensores de pressão da série PM determinam o nível de enchimento no banho de cozimento, bem como no banho de resfriamento, com base na pressão hidrostática.
Tanto a vazão atual quanto a quantidade total de água fornecida são registradas com o sensor de fluxo magnético-indutivo SM2100 e transmitidas para o sistema de controle via IO-Link.
Conclusão
As soluções de automação da ifm convenceram na staedler. Lukas Staedler resume: “Nós estamos muito satisfeitos com a ifm. Já trabalhamos com a ifm várias vezes em projetos anteriores. A razão é que a ifm oferece um conceito integrado de sensores, ou seja, desde o sensores indutivos, sensores de fluxo magnético-indutivos, sensores de temperatura, sensores de pressão, até os sensores de condutividade. Resumindo: os sensores da ifm cobrem todas as nossas necessidades aqui na fábrica. Outra razão é a correta relação preço-qualidade. Os sensores são importantes para fábricas deste tipo, e ao mesmo tempo são acessíveis em termos de preço. Portanto, também contaremos com a ifm em projetos futuros."
