Quali caratteristiche di sostenibilità (consumo energetico, ridotta manutenzione, vita utile) sono disponibili nei moderni miscelatori di polveri?
I miscelatori per polveri moderni possono integrare caratteristiche tecniche che riducono l'impiego di energia, limitano l'onere di manutenzione e favoriscono una lunga vita utile economica. Determinante non è solo il singolo componente, bensì l'interazione tra principio di miscelazione, prodotto, dimensione del lotto, portata, requisiti di pulizia, automazione e strategia di manutenzione. Una progettazione adeguata all'applicazione può influenzare positivamente il consumo di risorse e i costi del ciclo di vita dell'impianto.
Un approccio importante per ridurre il consumo energetico è il dimensionamento adeguato al fabbisogno di motore, riduttore e utensile di miscelazione. Motori ad alta efficienza delle classi IE3, IE4 o — a seconda della tecnologia disponibile e del caso applicativo — IE5 possono ridurre le perdite di conversione elettrica. Se una classe di efficienza superiore sia economicamente conveniente dipende in particolare da potenza del motore, ore di funzionamento annue, profilo di carico, prezzo dell'energia, ambiente e costi di investimento. I convertitori di frequenza consentono di adattare velocità di rotazione ed eventualmente coppia a prodotto, grado di riempimento e fase di processo. Nei miscelatori per polveri ciò può essere utile, ad esempio, per realizzare un ricambio di prodotto delicato, una dispersione mirata, un'incorporazione definita di liquidi o uno scarico adeguato. Una regolazione della velocità di rotazione non consente tuttavia di risparmiare automaticamente energia in ogni stato operativo. Dovrebbe essere progettata in modo che tempo di miscelazione, qualità di miscelazione, apporto energetico specifico e sollecitazione del prodotto siano in un rapporto economicamente sensato.
Anche la geometria dell'utensile di miscelazione influenza il fabbisogno energetico. Utensili di miscelazione progettati in modo favorevole al flusso e un rapporto adeguato tra velocità dell'utensile, geometria del recipiente e grado di riempimento possono contribuire a limitare il tempo di miscelazione necessario. Una simulazione CFD può supportare la progettazione in determinate applicazioni, ma non sostituisce le prove con il prodotto reale. La qualità di miscelazione dovrebbe essere valutata in base ai criteri di qualità rilevanti per l'applicazione; non è opportuno stabilire a tal fine un coefficiente di variazione universalmente valido. I sistemi di controllo moderni possono rilevare assorbimento di potenza, coppia, velocità di rotazione e tempi di processo. Ciò crea trasparenza sull'impiego energetico per lotto, per quantità di prodotto o per ricetta. Tali dati aiutano a riconoscere tempi morti superflui, tempi di miscelazione inadeguati o picchi di carico insoliti. Nei processi di miscelazione, essiccazione o reazione supportati termicamente, si può inoltre verificare se sia possibile recuperare e utilizzare in modo sensato il calore dall'aria di scarico, dai circuiti di raffreddamento o da altre fasi di processo. La fattibilità tecnica ed economica va valutata caso per caso, in base all'impianto specifico.
Una progettazione a bassa manutenzione inizia con la riduzione dell'usura e una buona accessibilità di tutte le aree rilevanti per la manutenzione. Supporti, tenute, utensili di miscelazione, collegamenti d'albero e componenti dell'azionamento devono essere adeguati alle sollecitazioni effettive dovute ad abrasione, corrosione, temperatura, pressione, mezzi di pulizia e durata di esercizio. Sistemi di tenuta a basso contatto o protetti costruttivamente possono ridurre l'ingresso di particelle fini nelle zone dei supporti. I supporti lubrificati a vita possono prolungare gli intervalli di manutenzione se lubrificante, tipo di supporto, temperatura, carico e condizioni ambientali sono adeguati. I componenti dovrebbero tuttavia essere definiti privi di manutenzione solo se ciò è tecnicamente e giuridicamente garantito nelle condizioni d'impiego concrete. Anche i componenti lubrificati a vita o incapsulati richiedono di norma controlli visivi e dello stato regolari.
Un design igienico e facile da pulire può ridurre l'onere di pulizia, il consumo di acqua e prodotti chimici, nonché il rischio di residui di prodotto. Superfici a contatto con il prodotto lisce, ben accessibili e il più possibile prive di spazi morti facilitano la pulizia. I sistemi CIP o WIP, nei miscelatori progettati a tale scopo, possono consentire sequenze di pulizia riproducibili e ridurre gli interventi manuali. Se un concetto CIP o WIP sia opportuno dipende, tra l'altro, da adesioni di prodotto, cambi di ricetta, requisiti igienici, validazione della pulizia e infrastruttura disponibile. Per applicazioni igieniche, sulle superfici metalliche a contatto con il prodotto viene spesso utilizzato come valore orientativo un valore di rugosità di Ra 0,8 µm o migliore. La pulibilità effettiva dipende tuttavia non solo dalla rugosità, ma anche da geometria, cordoni di saldatura, transizioni, materiale, mezzo di pulizia, flusso e procedimento di pulizia. Valori di rugosità più elevati possono essere accettabili in determinati casi, se viene dimostrata la pulibilità richiesta.
La sensoristica per vibrazioni, temperature dei supporti, coppia, assorbimento di potenza o tempi di funzionamento può supportare una manutenzione basata sulle condizioni. Le tendenze anomale possono essere riconosciute precocemente, rendendo pianificabili ispezioni o sostituzioni di componenti di usura. Un monitoraggio remoto o il collegamento a un sistema di gestione della manutenzione può migliorare la disponibilità dei dati, ma non sostituisce la valutazione tecnica dei valori misurati e un'adeguata organizzazione della manutenzione. Una costruzione modulare e facile da manutenere, con componenti dell'azionamento ben accessibili, utensili di miscelazione sostituibili, kit di tenute o piastre di usura, può abbreviare i tempi di manutenzione e riparazione. I concetti a cambio rapido sono particolarmente vantaggiosi quando i componenti di usura vengono sostituiti frequentemente o le finestre di fermo sono limitate. Gruppi costruttivi autocentranti o posizionabili in modo univoco possono inoltre aiutare a ridurre gli errori di montaggio e l'onere per la rimessa in servizio.
La durata di vita di un miscelatore per polveri è determinata in modo sostanziale dalla scelta dei materiali e dal dimensionamento adeguato dei componenti sollecitati. Con prodotti abrasivi, corrosivi o igroscopici, utensili di miscelazione, superfici interne del recipiente, tenute e organi di scarico devono essere adeguati alla rispettiva sollecitazione. A seconda dell'applicazione entrano in considerazione, ad esempio, acciai inossidabili come 1.4404 ovvero 316L, 1.4571, acciai duplex, acciai resistenti all'usura o rivestimenti speciali. Rivestimenti duri e ceramici, ad esempio a base di carburo di tungsteno o ossido di cromo, possono aumentare la durata di esercizio in presenza di determinate sollecitazioni abrasive. Non sono tuttavia adatti a ogni temperatura, sollecitazione d'urto, chimica di pulizia o applicazione alimentare. La scelta dei materiali dovrebbe quindi sempre basarsi su dati di prodotto, rischio di corrosione, temperatura, umidità, durezza delle particelle e condizioni operative realistiche.
Superfici finemente levigate o elettrolucidate possono ridurre le adesioni di prodotto e facilitare la pulizia. Per applicazioni igienicamente sensibili, una qualità superficiale adeguata può inoltre contribuire a limitare i rischi di corrosione. Un valore di rugosità molto basso da solo, tuttavia, non garantisce né una costruzione igienica né una pulibilità sufficiente. Sono determinanti anche geometrie a bassa presenza di spazi morti, cordoni di saldatura eseguiti a regola d'arte, tenute idonee e un concetto di pulizia validato. Alberi, supporti, riduttori e giunti dimensionati in modo robusto possono assorbire meglio picchi di carico, gradi di riempimento variabili e cicli di avvio e arresto. Un sovradimensionamento non è tuttavia sostenibile per principio, poiché può aumentare l'impiego di materiale e di investimento. L'obiettivo dovrebbe essere un dimensionamento solido, adeguato al collettivo di carico e ai requisiti di durata, con adeguate riserve di sicurezza.
La disponibilità a lungo termine dei ricambi, l'impiego di componenti standard idonei e una costruzione predisposta per il retrofit migliorano la vita utile economica. Sistemi di controllo, azionamenti, sensoristica o funzioni di sicurezza possono essere modernizzati in caso di necessità, senza dover sostituire l'intero miscelatore. Per quanto tempo un impianto possa essere gestito in modo economico dipende dalla sua sostanza meccanica, dall'usura, dai requisiti normativi, dalla disponibilità dei ricambi e dai futuri requisiti di processo. Anziché una vita utile generica, i gestori dovrebbero effettuare una valutazione basata sulle condizioni e sull'economicità.
Così amixon® risolve questo compito
Per amixon® sostenibilità significa considerare consumo energetico, impiego di materiale, onere di pulizia, manutenzione e vita utile economica come un sistema interconnesso. I risparmi effettivamente raggiungibili dipendono sempre da prodotto, ricetta, dimensione del lotto, grado di riempimento, compito di miscelazione, requisiti di pulizia e modalità operativa. amixon® può esaminare la progettazione e i parametri di processo rilevanti nel centro prove con il prodotto originale, in modo che fabbisogno energetico, comportamento di svuotamento e qualità di miscelazione vengano valutati in relazione all'applicazione.
L'efficienza energetica di un miscelatore per polveri inizia con il principio di miscelazione e il dimensionamento dell'azionamento adeguato al fabbisogno. In molte applicazioni, i miscelatori amixon® lavorano con basse velocità periferiche degli utensili di miscelazione, tipicamente nell'intervallo di circa 0,8-2,5 m/s. La bassa velocità di rotazione può consentire un ricambio di prodotto delicato e limitare la sollecitazione meccanica del prodotto miscelato. Determinanti per il fabbisogno energetico effettivo sono tuttavia, oltre alla velocità di rotazione, anche le caratteristiche del prodotto, il grado di riempimento, il tempo di miscelazione, la geometria dell'utensile, la ricetta e la qualità di miscelazione richiesta. Il miscelatore Gyraton® GM è progettato per lotti grandi e può essere gestito con una potenza elettrica installata relativamente bassa. La potenza di azionamento richiesta e il consumo energetico specifico dovrebbero comunque essere sempre determinati per il compito di miscelazione concreto.
Tempi di miscelazione brevi possono ridurre il fabbisogno energetico per lotto o per tonnellata di prodotto, se l'omogeneità richiesta viene raggiunta in modo affidabile. Nel miscelatore KoneSlid® KS, secondo amixon®, la qualità di miscelazione ottimale viene tipicamente raggiunta dopo circa 20-30 giri dell'utensile. Tali valori sono tuttavia specifici per prodotto e non devono essere trasferiti in modo generico ad altre ricette, gradi di riempimento o tipi di miscelatore. Una valutazione energetica significativa dovrebbe quindi basarsi su misurazioni nel centro prove o in condizioni di produzione reali. Indicatori utili sono il consumo energetico per lotto, per tonnellata di prodotto o per ricetta.
Una leva fondamentale per le risorse è lo svuotamento residuo il più possibile completo. Ogni quantità di prodotto rimanente può causare, in caso di cambi di ricetta, perdite di prodotto, un onere di pulizia aggiuntivo o rischi di contaminazione crociata. A seconda di miscelatore, prodotto ed esecuzione, i miscelatori amixon® possono raggiungere gradi di svuotamento molto elevati. Per la serie KS, amixon® indica gradi di svuotamento fino al 99,98%. Con la tecnologia ComDisc® sono possibili — a seconda di prodotto e applicazione — gradi di svuotamento fino al 99,997% e oltre. La quantità residua raggiungibile deve tuttavia essere sempre verificata sul prodotto concreto, poiché comportamento di scorrimento, umidità, dimensione delle particelle, tendenza all'adesione e ricetta hanno un'influenza notevole.
Un buono svuotamento residuo può migliorare l'impiego di materie prime, ridurre l'onere nei cambi di prodotto e abbreviare i tempi di pulizia. Camere di miscelazione a bassa presenza di spazi morti, ben accessibili, e procedimenti di pulizia idonei favoriscono questo effetto. Nelle incorporazioni di liquidi, un dosaggio finemente distribuito e adeguato al prodotto può contribuire a ridurre le adesioni locali. Se ciò comporti effettivamente un minor consumo di acqua, detergenti o tempo di lavoro dipende tuttavia dalla ricetta, dalle prescrizioni igieniche, dal procedimento di pulizia e dalla necessaria validazione della pulizia. Con polveri sensibili alla temperatura, un principio di miscelazione delicato può inoltre aiutare a limitare un apporto termico indesiderato. Se e in che misura ciò consenta di risparmiare energia di raffreddamento dipende dall'applicazione e dovrebbe essere valutato per via strumentale.
La sostenibilità nasce anche da una lunga vita utile economica. Una costruzione meccanica robusta, materiali adeguati all'usura, una buona accessibilità per la manutenzione, ricambi disponibili e la possibilità di modernizzazione possono contribuire a continuare a utilizzare a lungo un impianto di miscelazione esistente. amixon® offre manutenzione preventiva, approvvigionamento di ricambi, retrofit e adeguamenti di processo. Componenti di usura selezionati possono già essere forniti con la prima consegna. Secondo quanto indicato da amixon®, la maggior parte dei ricambi è immagazzinata a Paderborn; ulteriori scorte si trovano presso i punti di assistenza internazionali. amixon® descrive il proprio servizio ricambi come garantito per tutta la vita utile e offre soluzioni sostitutive adeguate quando i componenti originali non sono più disponibili.
Le modernizzazioni possono riguardare, ad esempio, sistema di controllo, tecnica di azionamento, sensoristica, funzioni di sicurezza, tecnica di dosaggio, pulizia o documentazione di processo. In questo modo i miscelatori esistenti possono essere adeguati a nuove ricette, portate modificate, requisiti più elevati di tracciabilità o nuovi quadri normativi. Un adeguamento successivo può evitare risorse e spese di investimento per un nuovo acquisto completo. Se sia tecnicamente ed economicamente sensato dipende dallo stato dell'impianto, dai futuri requisiti di processo, dalla disponibilità dei ricambi e dalla vita utile residua attesa.
Per un reporting di sostenibilità solido, i gestori dovrebbero rilevare soprattutto indicatori legati all'applicazione. Tra questi rientrano il consumo energetico specifico per lotto o tonnellata, la quantità residua dopo lo svuotamento, il consumo di acqua e prodotti chimici di pulizia per pulizia o cambio di prodotto, la frequenza dei fermi, il consumo di componenti di usura, nonché la vita utile effettivamente raggiunta. amixon® può fornire a tal fine, in base al progetto specifico, dati di misura e di processo lato apparecchio, oppure supportare la valutazione tramite prove nel centro prove.
Una conduzione di processo riproducibile non solo migliora la qualità di miscelazione, ma facilita anche l'analisi dei dati energetici e operativi. Ricette, tempi di miscelazione, velocità di rotazione, sequenze di dosaggio ed eventualmente profili di temperatura possono essere memorizzati, controllati e documentati nel PLC a seconda del concetto di automazione. Un collegamento specifico per progetto a sistemi ERP, MES o di manutenzione può collegare tra loro dati di ricetta, di lotto e di processo. Scanner di codici a barre o sistemi di identificazione comparabili possono aiutare ad attribuire in modo tracciabile materiali, sezioni di lotto e parametri di processo. Questa base di dati supporta la tracciabilità dei lotti, le analisi OEE, le analisi delle cause in caso di deviazioni, nonché l'ottimizzazione degli intervalli energetici e di manutenzione.
Per applicazioni regolamentate, amixon® può fornire documentazione tecnica a supporto del processo di qualifica del gestore. Tra questa possono rientrare certificati dei materiali, verbali di verifica, documentazione di saldatura, manuali di istruzioni, documenti di collaudo e documentazione relativa alla tecnica di controllo e automazione. L'impianto viene progettato sulla base di una User Requirement Specification specifica per progetto. amixon® può fornire supporto per Design Qualification, Installation Qualification e Operational Qualification. La qualifica finale, la validazione e il rilascio spettano tuttavia al gestore. I requisiti derivanti da GMP, ATEX, EHEDG, disposizioni FDA, 3-A Sanitary Standards, ASME o altri regolamenti devono essere verificati, concordati e attuati singolarmente per ogni impianto e per il caso d'impiego previsto.