Esistono miscelatori di polveri con sensoristica di processo integrata (coppia, temperatura, umidità) e collegamento Industria 4.0 per il monitoraggio del processo?
Sì. I miscelatori per polveri possono essere dotati di sensoristica di processo e interfacce digitali. La portata concreta dipende dal tipo di miscelatore, dal prodotto, dai requisiti igienici e di protezione dalle esplosioni, nonché dal grado di automazione desiderato. Non tutte le grandezze di misura sono rilevabili in linea in ogni processo di polvere, in modo diretto o economicamente vantaggioso.
Coppia e potenza assorbita rilevano il carico dell'azionamento. Forniscono indicazioni su grado di riempimento, comportamento di scorrimento, compattazione, adesioni e alterazioni del prodotto. L'andamento del segnale, con una validazione idonea, può supportare un punto finale di miscelazione o granulazione riproducibile. La sola coppia, tuttavia, non è una prova universalmente valida dell'omogeneità di miscelazione.
Sensori di temperatura come Pt100 o termocoppie monitorano la temperatura sulla parete del recipiente, nella zona del prodotto o nel fluido termovettore. Aiutano a controllare il calore di attrito, gli aumenti di temperatura e i processi di riscaldamento e raffreddamento. La posizione del sensore è determinante, perché la temperatura della parete e quella del prodotto possono differire tra loro.
La misura dell'umidità è particolarmente rilevante nella granulazione, nell'essiccazione, nell'umidificazione e nel coating. La misura dell'umidità in linea spettroscopica, così come i sistemi a microonde o capacitivi, possono rilevare il contenuto di umidità – a seconda del prodotto e del punto di installazione; con una calibrazione idonea è inoltre possibile monitorare così l'omogeneità e il punto finale di miscelazione.
Inoltre possono essere monitorati livello di riempimento, pressione, vuoto, contenuto residuo di ossigeno, portata del gas, vibrazioni, stato dei cuscinetti e delle guarnizioni. Una misura diretta della granulometria in linea nella camera di miscelazione è invece tecnicamente impegnativa e non usuale.
Il collegamento digitale avviene tramite il controllo macchina, per esempio mediante standard di comunicazione e bus di campo standardizzati come Profinet, EtherNet/IP o Modbus TCP. Consente la registrazione di lotto di tempo di miscelazione, velocità di rotazione, coppia, temperatura, valori di ricetta, allarmi e interventi dell'operatore. Così è possibile confrontare gli andamenti di processo, individuare le deviazioni e pianificare gli interventi di manutenzione in base allo stato.
Negli ambiti regolamentati devono essere considerati l'integrità dei dati, l'audit trail, i diritti utente ed eventualmente i requisiti GMP o FDA 21 CFR Part 11. Sensori e attacchi di processo devono inoltre essere realizzati in modo igienico, pulibile e, per i prodotti a rischio di esplosione da polvere, conforme ad ATEX.
In sintesi, i moderni miscelatori per polveri consentono un monitoraggio digitale completo del processo. Particolarmente utili sono coppia, temperatura, livello di riempimento e – in applicazioni validate – la misura dell'umidità in linea spettroscopica o la sensoristica Raman. Decisiva è una strategia sensoristica orientata al prodotto, non il numero massimo possibile di strumenti di misura.
Così amixon® utilizza la sensoristica di processo per la progettazione dei miscelatori per polveri
amixon® integra la sensoristica di processo dove essa apporta un beneficio concreto per il rispettivo compito di miscelazione, granulazione, essiccazione o reazione. Le grandezze di misura tipiche sono coppia, potenza assorbita, temperatura, pressione, vuoto, umidità, livello di riempimento e la quantità di vapore condensato accumulata nei processi di essiccazione sottovuoto.
Coppia e potenza assorbita forniscono indicazioni sul comportamento di scorrimento, sulla compattazione, sulle adesioni o sulle alterazioni della struttura del prodotto. Possono supportare un punto finale di processo riproducibile, ma da sole non costituiscono una prova universalmente valida dell'omogeneità di miscelazione. Negli essiccatori-miscelatori sottovuoto e nei reattori, pressione, temperatura del prodotto e andamento del vapore completano il monitoraggio di processo. La combinazione di queste grandezze di misura consente di valutare in modo solido gli andamenti di essiccazione e reazione.
Gli apparecchi amixon® vengono progettati in modo specifico per il progetto secondo la User Requirement Specification del gestore. Sensori, punti di misura, portata del sistema di controllo, registrazione di lotto e interfacce verso il sistema di conduzione del processo vengono quindi definiti in base al compito di processo. I programmi di miscelazione possono essere memorizzati nel PLC. Il trasferimento dei dati a sistemi SCADA, MES o ERP può avvenire tramite le interfacce concordate nel progetto. Negli ambiti regolamentati, i requisiti relativi a integrità dei dati, diritti utente, audit trail e documentazione elettronica di lotto vengono considerati già in fase di progettazione dell'automazione.
Un ruolo particolare spetta al centro prove amixon®. Secondo quanto dichiarato dall'azienda, vi sono disponibili oltre 35 macchine di prova per prove di miscelazione, finitura, vuoto, essiccazione e reazione. Alcuni impianti di prova dispongono di sensoristica nell'utensile di miscelazione, nella parete laterale del recipiente e nella zona del fondo. Rilevano le sollecitazioni meccaniche locali in punti diversi del letto di prodotto. In questo caso non si considerano solo i valori di misura come grandezza pura: possono essere analizzate le componenti direzionali delle forze di contatto e delle sollecitazioni di taglio. Dal punto di vista tecnico è qui rilevante la distinzione: la pressione è una grandezza scalare; le forze di contatto possiedono una direzione, e le sollecitazioni di taglio vengono descritte come uno stato di sollecitazione con componenti direzionali.
Questi dati di misura sono particolarmente preziosi per la progettazione di grandi miscelatori per polveri. Aiutano a comprendere meglio il movimento del prodotto, a individuare le zone con sollecitazioni più elevate e ad adattare geometria dell'utensile, velocità di rotazione, grado di riempimento e tempo di miscelazione al prodotto originale. Questo rende più solido lo scale-up dalla macchina di prova al miscelatore di produzione. Per i processi termici, nel centro prove è possibile esaminare pressioni da 5 mbar a 26 bar assoluti e temperature fino a 350 °C.
La sicurezza di processo effettiva nasce dall'interazione tra una geometria di miscelazione idonea, un programma di miscelazione riproducibile, grandezze di misura validate e criteri di qualità chiari. La sensoristica non sostituisce la prova con il prodotto originale. La rende però decisamente più significativa e fornisce la base di dati per una progettazione sicura, per l'automazione e per il successivo monitoraggio di processo.