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Come aumentare l'efficienza e il risparmio con i test delle perdite degli impianti di aria compressa nella produzione alimentare

Rilevamento delle perdite

L'aria compressa è "la quarta fornitura" nel settore alimentare e delle bevande dopo le tre principali di acqua, elettricità e gas naturale. L'affidabilità di questa quarta fornitura dipende dalla prevedibilità della pressione dell'aria, il che significa che anche piccole perdite possono determinare costi elevati.

Ecco una rassegna delle perdite d'aria comunemente riscontrate nel settore alimentare e delle bevande, insieme alle best practice e alle tecnologie per affrontarle.

La telecamera acustica industriale Fluke ii900 include una tecnologia che aggiunge una componente visiva alle tradizionali best practice per il rilevamento delle perdite di aria compressa al fine di facilitare il rilevamento e l'eliminazione delle perdite d'aria.
La telecamera acustica industriale Fluke ii900 include una tecnologia che aggiunge una componente visiva alle tradizionali best practice per il rilevamento delle perdite di aria compressa al fine di facilitare il rilevamento e l'eliminazione delle perdite d'aria.

I produttori di alimenti e bevande sono particolarmente attenti alle perdite di aria compressa, in quanto la costanza della qualità dei prodotti è di importanza cruciale per la reputazione e la conformità del marchio, soprattutto dal momento che gli stabilimenti e le apparecchiature di produzione sono soggetti a rigidi controlli e normative volti ad evitare la contaminazione.

Negli stabilimenti di produzione di alimenti e bevande, diversi compressori d'aria sono collegati tramite tubazioni per erogare aria compressa al fine di spostare prodotti, azionare utensili pneumatici o pompare liquidi per un'ampia varietà di scopi nelle catene di produzione, nelle attività di imballaggio e nelle operazioni di pulizia. Ecco alcuni esempi:

  • Snack e ammortizzazione con azoto: il flussaggio con azoto viene utilizzato per riempire e ammortizzare le buste di snack delicati per evitare danni. L'ossigeno non viene utilizzato perché reagisce con i prodotti alimentari, soprattutto quelli realizzati con oli.
  • Alimenti e igiene: l'aria compressa viene purificata e filtrata per garantire la sicurezza alimentare e mantenere il corretto punto di rugiada in pressione necessario per impedire la proliferazione microbica.
  • Pelatura di frutta e verdura: nella preparazione per l'imballaggio, getti d'aria pressurizzata pelano frutta e verdura in modo efficiente. L'aria compressa ad alta pressione viene utilizzata anche per tagliare gli alimenti quale alternativa più pulita rispetto ai coltelli o alle lame.
  • Birrifici, fermentazione e imbottigliamento: l'aria compressa aumenta i livelli di ossigeno per completare il processo di fermentazione batterica. I compressori d'aria riducono l'ossigeno residuo durante l'imbottigliamento e le bottiglie vengono lavate con anidride carbonica e riempite di birra mediante macchinari ad alimentazione pneumatica. Poiché i birrifici operano in ambienti caldi, i sistemi sono più vulnerabili alle perdite.

Le perdite d'aria in qualsiasi punto possono rallentare la produzione, compromettere la qualità del prodotto, creare problemi di sicurezza o di contaminazione o tutti e quattro i problemi, con conseguente riduzione dei profitti.

I costi nascosti delle perdite di aria compressa

L'aria compressa e i gas devono essere disponibili a una pressione specifica per raggiungere gli obiettivi di produzione e di qualità, tuttavia molti stabilimenti accettano le perdite d'aria come costo legato all'attività commerciale. Questi costi possono essere elevati in termini di perdita di energia, ma spesso in altri modi nascosti, come in termini di efficienza, qualità e tempi di inattività.

Secondo la settima edizione del manuale Compressed Air & Gas Handbook pubblicato dal CAGI (Compressed Air & Gas Institute), "un'unica perdita di ¼ di pollice in una conduttura dell'aria compressa può costare a uno stabilimento da $ 2.500 ad oltre $ 8.000 dollari l'anno. La localizzazione ed eliminazione delle perdite comporterà un risparmio significativo a seconda dei requisiti di pressione e dei costi energetici."

Vantaggi dei test degli impianti di aria compressa

  • Aumento dell'efficienza attraverso la manutenzione regolare: gli impianti ad aria compressa non sottoposti a manutenzione periodica dopo l'installazione potrebbero perdere dal 20% al 30% di aria compressa unicamente a causa delle perdite.
  • Riduzione delle spese: la caduta di pressione viene spesso diagnosticata erroneamente come guasto delle apparecchiature, con conseguente investimento aggiuntivo in conto capitale in nuovi compressori d'aria.
  • Riduzione dei tempi di inattività: la perdita di produzione dovuta a cadute di pressione o all'installazione di nuove apparecchiature richiede tempi di inattività delle apparecchiature e incide negativamente sulle tempistiche di produzione pianificate. Poiché i tempi di inattività non pianificati costano in media $200 al minuto, è fondamentale evitarli.
  • Miglioramento della qualità dei prodotti: una pressione insufficiente comporta la sigillatura difettosa degli imballaggi o la mancata conformità dei prodotti commestibili ai requisiti di uniformità di consistenza o sapore.
  • Miglioramento della sicurezza dei prodotti: le perdite che danno luogo a contaminazione comportano costi elevati dovuti a sprechi, sanzioni per mancata conformità e danni alla reputazione.
  • Riduzione dell'impronta ecologica: gli impianti con perdite di aria e gas diventano inefficienti, incidendo di conseguenza sull'impronta ecologica delle aziende e impedendo loro di conseguire gli obiettivi di sostenibilità o ambientali.

La formula utilizzata per determinare l'entità delle perdite di aria compressa in uno stabilimento è la seguente: perdita (%) = (T x 100) ÷ (T + t) T = tempo di carico (secondi), t = tempo di scarico (secondi).

Se l'impianto ad aria compressa è configurato con i comandi di avvio/arresto, avviare il compressore d'aria in assenza di fabbisogno dell'impianto, ovvero fuori orario o fuori turno. Effettuare quindi diverse letture dei cicli di funzionamento del compressore per determinare il tempo medio di scarico dell'impianto.

Metodi di rilevamento e di eliminazione delle perdite d'aria

Il primo passo per controllare i processi e i costi consiste nell'individuare le perdite di aria nel punto di origine. Ecco un elenco dei punti di perdita comuni:

  • Separatori di condensa
  • Giunti
  • Raccordi
  • Flange
  • FRL (gruppi filtro, regolatore e lubrificatore)
  • Tubi flessibili
  • Guarnizioni
  • Serbatoi di contenimento pneumatici
  • Attacchi rapidi
  • Giunti di tubi filettati
  • Tubi
  • Valvole

Le perdite d'aria costituiscono un grosso problema poiché sono abbondanti e difficili da individuare. Una volta individuate ed eliminate, è possibile che si presentino altre perdite a causa della normale usura dell'impianto.

Sebbene sia difficile eliminare ogni singola perdita, è possibile ridurne il numero totale con un'ispezione mirata utilizzando i metodi di rilevamento tradizionali. Con questi metodi, una volta individuata una perdita, se ne contrassegna la posizione con un'etichetta di carta. I quattro metodi di rilevamento tradizionali includono:

  1. Suono: un sibilo indica la presenza di perdite, in tal caso di una perdita considerevole, dal momento che solo un livello sonoro superiore a 60 dBA può essere udito senza apparecchiature di rilevamento delle perdite. Poiché la maggior parte degli stabilimenti è rumorosa e spesso richiede una protezione per l'udito degli operai, l'ascolto per l'individuazione delle eventuali perdite deve avvenire durante i tempi di inattività: tra un turno e l'altro, nei fine settimana oppure durante la manutenzione programmata.
  2. Acqua e sapone: i tecnici spruzzano acqua saponata sulle zone interessate da perdite udibili; il punto di perdita è quello in cui compaiono bolle d'aria. Questo metodo richiede tempo, non è affatto preciso e richiede una successiva pulizia, poiché la spruzzatura abbondante di acqua saponata crea un pericolo di scivolamento. In alcuni processi in assenza di polvere e protetti da contaminazione, questo metodo non è consentito.
  3. Rilevamento acustico agli ultrasuoni: durante un fermo-macchine, i tecnici muniti di cuffie eseguono la scansione dei potenziali punti di perdita con un riflettore parabolico o un accessorio di forma conica. Quando viene rilevato un rumore che indica la presenza di perdite, il tecnico passa a un dispositivo a forma di bacchetta che deve essere tenuto a un paio di pollici dalla perdita per individuarne la posizione esatta.
  4. Uso di esperti esterni: ingegneri o altri esperti vengono solitamente ingaggiati una volta all'anno per ridurre i costi e le interruzioni. Utilizzano una o tutte le tecniche tradizionali, nonché le riparazioni e i controlli eseguiti dai tecnici interni.

Nessuno di questi metodi è infallibile e la maggior parte richiede il fermo-macchine, con conseguenti perdite di tempo e denaro.

I test delle perdite di aria compressa aiutano un'azienda di torrefazione del caffè a identificare facilmente un risparmio energetico del 10%

I tecnici di un'azienda di torrefazione del caffè hanno partecipato a uno studio pilota utilizzando la tecnologia dell'immaginografia acustica industriale in uno stabilimento le cui condizioni tendono a produrre numerose perdite. Dal test è emerso che con il nuovo dispositivo di rilevamento delle perdite, l'azienda potrebbe ottenere un risparmio di oltre il 10% all'anno sul consumo di energia.

La struttura, di circa 300.000 piedi quadrati, ospita un'area per la tostatura e l'imballaggio del caffè, un'area per la lavorazione a umido del caffè e un'area per la miscelazione e l'imballaggio del tè. Tutte le operazioni richiedono una corretta pressione dell'aria per completare in modo efficiente i processi, e i metodi di rilevamento delle perdite tradizionali non potrebbero tenere il passo.

In media, l'impianto utilizza da 1.000 a 1.600 piedi cubi al minuto (piedi cubi/min) di aria compressa al giorno. L'impianto dell'aria compressa dell'azienda, costituito da cinque compressori d'aria, per un totale di 585 HP, alimenta l'automazione e le tubazioni utilizzate per alimentare l'impianto di generazione dell'azoto dell'attività. L'azoto viene utilizzato per migliorare la qualità del caffè. Inoltre, il gas inerte viene utilizzato per la miscelazione del tè.

Grazie alla telecamera acustica Fluke ii900, il team ha identificato un potenziale risparmio energetico del 10%, in linea con il suo obiettivo di miglioramento della sostenibilità. Il nuovo approccio ha inoltre dimostrato come il team potesse semplificare il processo di rilevamento delle perdite d'aria, consentendo ai progettisti di continuare a far lavorare il personale sui prodotti anziché farlo fermare per lunghi periodi per rilevare ed eliminare le perdite d'aria.

In un test pilota, un'azienda di torrefazione del caffè ha utilizzato la telecamera acustica industriale Fluke per identificare e contrassegnare agevolmente 52 perdite d'aria, comprese numerose perdite in punti difficili da raggiungere.
In un test pilota, un'azienda di torrefazione del caffè ha utilizzato la telecamera acustica industriale Fluke per identificare e contrassegnare agevolmente 52 perdite d'aria, comprese numerose perdite in punti difficili da raggiungere.

Vedere le perdite di aria per la prima volta con una telecamera acustica

I progressi nella tecnologia di rilevamento delle perdite sotto forma di telecamera acustica industriale portatile stanno rendendo più facile rilevare le perdite ed evitare perdite di profitti.

Il rilevatore di perdite d'aria Fluke ii900 consente agli utenti di individuare e visualizzare le perdite d'aria su uno schermo a LED in tempo reale con un processo di tipo "punta e riprendi" che non richiede l'intervento di un tecnico specializzato. La maggior parte degli utenti può imparare ad agire velocemente in circa 10 minuti. Anche i tecnici possono operare rapidamente da una distanza di sicurezza mentre l'apparecchiatura è in funzione. Inoltre, il dispositivo rende più agevole l'individuazione delle perdite nei punti difficili da raggiungere o la distinzione tra più perdite all'interno della stessa area.

La telecamera portatile contiene una serie di microfoni estramemente sensibili che rilevano i suoni sia nella gamma dell'udito umano sia nella gamma degli ultrasuoni e li visualizza. Il dispositivo applica poi algoritmi proprietari ai risultati e produce istantaneamente una mappa visiva della perdita sullo schermo. L'immagine della perdita viene sovrapposta a un'immagine a luce visibile dell'area in modo che gli operatori possano individuare rapidamente la posizione della perdita.

La telecamera acustica industriale Fluke ii900 analizza aree fino a 50 metri in condizioni industriali normali.
La telecamera acustica industriale Fluke ii900 analizza aree fino a 50 metri in condizioni industriali normali.

La telecamera Fluke ii900 può essere utilizzata anche per verificare che le riparazioni siano state eseguite correttamente. In caso di dubbi, le scansioni acquisite come fermi immagine o video in diretta possono essere condivise e discusse con i colleghi. Le immagini acquisite eliminano la necessità di utilizzare scale o contrassegnare la perdita con la solita etichetta fisica, facilmente danneggiabile.

Come ridurre i costi delle perdite d'aria nascoste

Utilizzando metodi di rilevamento comuni o nuovi, è bene non tardare a eliminare i costi nascosti e gli inutili sprechi dovuti alle perdite d'aria. Ecco alcune best practice da seguire:

  • Adottare un approccio basato sui sistemi: spesso, l'eliminazione di una perdita aumenta la pressione del sistema, ingrandendo le perdite più piccole e compromettendo l'intero sistema. Combinare i cambiamenti con le strategie complessive per un migliore utilizzo dell'energia e sistemi di controllo più robusti. Sebbene possano essere difficili da realizzare, gli investimenti in conto capitale spesso consentono risparmi energetici in grado di ridurre notevolmente i tempi di recupero dell'investimento.
  • Verifiche frequenti: verifiche frequenti, eseguite più spesso rispetto alle tipiche ispezioni annuali o trimestrali delle perdite, consentono di risparmiare tempo, denaro e risorse nel lungo periodo, anche se richiedono l'arresto delle apparecchiature. La nuova tecnologia immaginografica consente di focalizzare le perdite ed eliminarle su base continuativa senza perdere tempo prezioso di produzione.
  • Verificare le cause all'origine delle cadute di pressione: la caduta di pressione può essere diagnosticata erroneamente come guasto dell'apparecchiatura. Prima di effettuare spese in conto capitale, i controlli delle perdite e le riparazioni possono far risparmiare migliaia o centinaia di migliaia di dollari e agevolare il recupero immediato della capacità produttiva.
  • Registrare, tracciare e verificare nel tempo: è importante registrare esattamente dove si sono verificate le perdite, poiché in questi punti deboli tendono a verificarsi nuove perdite, e ispezionare tali zone regolarmente. La registrazione online delle informazioni consente di condividere facilmente i dati e di utilizzarli per stabilire le regole del processo di revisione. Subito dopo la riparazione, eseguire un controllo per stabilire se le perdite sono state eliminate o se è necessario intervenire ulteriormente.