La tecnologia di pesatura nell’industria alimentare

Le celle di carico basate su estensimetri digitali sono più robuste, durature ed economiche rispetto a quelle basate sulla compensazione della forza elettromagnetica (EFC). Garantiscono una maggiore produttività praticamente per qualsiasi applicazione nel settore alimentare.

Digitalizzando i processi manifatturieri, l’Internet delle cose industriale può comportare maggiori vantaggi in termini di efficienza e produttività per il settore alimentare e del packaging. La tecnologia di misura digitale in particolare offre un potenziale enorme per determinare le quantità di riempimento in modo rapido e preciso, con conseguenti risparmi maggiori – diversi milioni di Euro ogni anno in alcuni casi – come dimostrato dall’esempio di un produttore di latte di cocco a Shanghai. La tecnologia analogica impiegata in precedenza può essere digitalizzata in modo facile e affidabile con l’elettronica del trasduttore, e integrata su una singola piattaforma.

 

 

Le società nel settore alimentare e del packaging devono garantire la conformità con le disposizioni della Direttiva UE sugli imballaggi preconfezionati 76/211/CEE. La norma tedesca sugli imballaggi preconfezionati (§ 22 FPackV) prevede chiari requisiti a questo proposito: in media, la quantità non deve essere inferiore alla capacità di imballaggio preconfezionato nominale. Ciò significa in pratica che il produttore è sempre libero di riempire in eccedenza, mentre non raggiungere la quantità indicata costituisce un problema. Per esempio, se le barrette di cioccolato devono pesare 100 g, allora soltanto il 2% delle barrette può essere più leggero di 95,5 g e nessuna può essere inferiore a 91 g. Il risultato di questa rigida norma è che molti produttori di generi alimentari optano per un costoso riempimento in eccedenza. Questo può aumentare i costi aggiuntivi, soprattutto in caso di prodotti di alta qualità come l’olio di oliva, il gelato e i cosmetici. Anche i prodotti riempiti al di sotto della quantità prevista vengono rifiutati, con un conseguente aumento delle spese, dei processi aggiuntivi e dei costi collegati. Queste imprecisioni si possono prevenire con una tecnologia di misura più precisa e affidabile fin dalla fase di riempimento e misurazione e non oltre le selezionatrici ponderali alla fine della linea di produzione.

L’internet delle cose industriale (IIOT) richiede la tecnologia di pesatura

IIOT offre un considerevole potenziale per il settore alimentare e del packaging, in particolare con una tecnologia di pesatura in grado di aumentare efficienza e produttività. Questo perché più è precisa la tecnologia di pesatura, tanto maggiore è la produttività dei processi di riempimento e minore il riempimento in eccedenza. La cella di carico è il componente chiave nelle potenti macchine per l’imballaggio. È il cuore dei processi dinamici di pesatura e packaging.

Finora, i fabbricanti di selezionatrici ponderali si sono affidati a celle di carico funzionanti sul principio della compensazione elettromagnetica della forza (EFC) che hanno precedentemente superato altre celle di carico basate sulla tecnologia degli estensimetri (SG) ad alta precisione. Allo stesso tempo, tuttavia, sono costose, problematiche e molto complesse da mettere in funzione. Per questo motivo, HBM ha continuato a sviluppare le proprie celle di carico basate su SG, come la FIT7A. Questa cella di carico di nuova concezione garantisce precisione e alta velocità di elaborazione dei dati delle misurazioni, oltre ad una facilità di funzionamento, unita a notevoli risparmi sui costi rispetto alle celle di carico EFC.

La cella di carico FIT7A è stata ottimizzata per la pesatura di controllo. Ha una risonanza naturale molto elevata, che corrisponde ad un tempo di settaggio minimo. Il rodaggio dopo l’accensione è trascurabile e, con il convertitore da analogico a digitale da 24 bit e la frequenza del vettore, la cella di carico fornisce valori misurati con ridotti disturbi ed elevata risoluzione. Insieme ai filtri integrati e ai processi per determinare i valori misurati dinamici, contiene tutto ciò che serve per la pesatura dinamica senza dover aggiungere un’ulteriore PLC o un’elettronica di pesatura. Ciò consente ad una selezionatrice ponderale con cella di carico FIT7A di raggiungere una deviazione standard di appena 0,1 g per 10 kg di peso nominale. A seconda della configurazione della selezionatrice ponderale e al peso nominale, è anche possibile implementare da 100 a 400 misurazioni.

Le celle di carico igieniche con alto grado di protezione della strumentazione sono ideali per le applicazioni che prevedono lavaggi.

Le celle di carico digitali offrono i seguenti vantaggi rispetto alle celle di carico EFC:

  • Migliore resa e riduzione dei traboccamenti nelle applicazioni ad alta precisione, dove le celle di carico EFC possono essere troppo costose

  • Filtri interni e ingressi/uscite che rendono superflua la presenza di un’ulteriore PLC

  • Un design robusto che garantisce meno guasti

  • I connettori possono essere sostituiti in modo rapido e semplice

  • Protezione da sovraccarico integrata che può evitare che la cella di carico sia danneggiata dalle forze fisiche

  • Igienica, grazie alle superfici in acciaio inox

  • Compensazione attiva della temperatura, che consente di ridurre la deriva della temperatura e un rodaggio dopo l'accensione trascurabile

     

Vantaggi del principio di riempimento gravimetrico

Le celle di carico digitali consentono anche ai produttori alimentari di usare il principio di riempimento gravimetrico che consente di ottenere risultati di riempimento molto più precisi rispetto al metodo volumetrico (misurazioni del flusso) o al riempimento per altezza. Il principio del riempimento gravimetrico è superiore soprattutto quando è essenziale un’elevata precisione o se si lavora con prodotti microbiologicamente sensibili. Questo perché la tolleranza nel volume del container e diverse caratteristiche fisiche del prodotto (proporzione delle particelle, viscosità, conduttività, numero di bolle di gas) non incidono sul risultato di riempimento. Il riempimento con controllo del peso fornisce condizioni igieniche ottimali, quindi riduce le particelle estranee perché il sensore non entra in contatto con il prodotto di riempimento.

 

 

Una piattaforma digitale per tutte le celle di carico

HBM ha sviluppato il software PanelX come piattaforma digitale per integrare nelle macchine e nei processi sia le celle di carico digitali che analogiche, sulla base del principio di riempimento gravimetrico, in modo ottimale e facile da usare. Gli utenti possono posizionare i sistemi di pesatura, come selezionatrici ponderali, sistemi di dosaggio e bilance combinate a teste multiple per un funzionamento rapido con PanelX. Una vasta gamma di celle di carico basate su SG può essere facilmente configurata con set di comandi uniformi, il che riduce notevolmente gli sforzi, i costi e l’inclinazione all’errore. Inoltre, non è più necessario un PLC con PanelX e le I/O digitali delle celle di carico e dell’elettronica di pesatura. Se comunque si utilizza un’unità di controllo, i set di comandi PanelX possono essere trasferiti al PLC.

Altri vantaggi di questa piattaforma digitale sono la realizzazione visiva delle misurazioni e i segnali di controllo oltre a svariate funzioni di analisi, come l’analisi della frequenza. Le funzioni di analisi sono quindi utili per la manutenzione e l'assistenza, anche per trovare gli errori in caso di guasti non provocati dalla cella di carico stessa, ma che sono visibili nella misurazione. Un ampio servizio di assistenza online per funzioni, interfacce e set di comandi è già integrato nel software tramite web browser. L’interfaccia utente di PanelX ha un funzionamento intuitivo, che consente di risparmiare tempo e denaro. Al contempo, il software aumenta il potenziale di ottimizzazione delle applicazioni della tecnologia di pesatura, incrementando così le prestazioni generali.

PanelX – un software unico per tutte le celle di carico e l’elettronica di pesatura, per configurare riempitrici, sistemi di dosaggio e selezionatrici ponderali.

Digitalizzazione delle celle di carico analogiche

Gran parte delle celle di carico possono essere configurate e monitorate con PanelX. Le celle di carico digitali e analogiche basate su SG possono essere configurate e monitorate praticamente per qualsiasi applicazione. Ciò include la cella di carico analogica PW27, certificata dallo European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG). È appositamente progettata per l’uso in sistemi di pesatura usati nell’industria delle bevande, alimentare, farmaceutica e bio. Essendo una cella di carico sigillata (IP68/IP69K), realizzata in acciaio inox adatto agli alimenti, è insensibile ai metodi di pulizia usati nell’industria alimentare ed è progettata in modo tale da eliminare ogni residuo di detergente sul corpo di misurazione.

HBM ha sviluppato anche l’elettronica dei trasduttori digitali PAD per poter sfruttare i vantaggi della digitalizzazione con celle di carico analogiche. Il suo ambito funzionale è quasi identico a quello delle celle di carico digitali FIT5A e FIT7A. PAD può essere collegata con tutte le celle di carico analogiche. Ad esempio, la cella di carico igienica PW25 o la cella di carico heavy duty sigillata ermeticamente PW29 con PAD può essere digitalizzata e poi configurata con PanelX. Una custodia compatta in acciaio inox protegge PAD dai liquidi e dagli influssi ambientali con protezione dell’attrezzatura fino a IP68/IP69K. Con una risoluzione del valore misurato fino a 5.120.000 cifre per 2 mV/V e un condizionamento completo del segnale di misura con filtri selezionabili o automatici, PAD funziona con precisione anche in presenza di grandi vibrazioni. L’elettronica del trasduttore può essere integrata comodamente in diversi ambienti di sistema con interfacce RS485 e CANopen.

Con PAD e l’integrazione nella piattaforma PanelX, le celle di carico analogiche possono avere tutti i vantaggi della digitalizzazione. Ciò consente di visualizzare e analizzare le applicazioni di riempimento dinamico e dosaggio in ambienti sfavorevoli, e se necessario effettuare immediatamente adeguamenti durante il processo. PAD è il collegamento “plug & play” per i trasduttori di forza analogici e le celle di carico in IIOT.

Applicazioni pratiche per la tecnologia di pesatura digitalizzata

Due dei seguenti esempi tratti dall’industria alimentare in Francia e in Cina dimostrano come la tecnologia di pesatura digitale funzioni in modo efficiente e produttivo, con un notevole risparmio sui costi.

Il produttore cinese di macchinari Best Crown ha inserito una riempitrice rotativa per il latte di cocco con cella di carico digitale FIT5A per il proprio cliente, Shanghai Dairy Milk. La precisione decisamente superiore del processo di riempimento gravimetrico ha consentito di ridurre il traboccamento di sicurezza di alcuni grammi alla bottiglia. Considerando un volume di produzione di circa 100.000 bottiglie al giorno, per il produttore di latte di cocco Shanghai Dairy Milk ciò significa un risparmio di diversi milioni di Euro l’anno.

La specialista di dosaggio francese MCPI e Jean Marc Dumont, un esperto in macchinari per applicazioni alimentari, hanno fondato insieme Fine-Spect, per sviluppare selezionatrici ponderali particolarmente potenti. Equipaggiate con la cella di carico basata su SG FIT7A, rispondono ai requisiti specifici dell’industria alimentare, che prevedono ad esempio la completa copertura con la schiuma o la pulizia con un potente getto d’acqua. Con un livello di protezione dell'attrezzatura di grado IP66 e i suoi connettori igienici ermetici, FIT7A offre le premesse ottimali per soddisfare questi requisiti.

La tecnologia di pesatura digitale è la chiave per una maggiore produttività

Le società operanti nell’industria alimentare e del packaging possono trarre un vantaggio enorme da IIOT e dalla digitalizzazione che offre alla tecnologia di pesatura, come dimostrato dalle applicazioni pratiche. Le celle di carico digitali basate su SG ora sono equiparabili alle celle di carico EFC in fatto di precisione, ma sono più economiche, robuste, facili da installare e più durature.

Una piattaforma digitale uniforme, con funzionamento intuitivo, non solo semplifica la configurazione delle celle di carico digitali, ma consente anche di digitalizzare le celle di carico analogiche (come previsto dalle aree sensibili all’igiene) tramite l’elettronica del trasduttore.

Ciò consente di usare la tecnologia di pesatura digitale praticamente per qualsiasi applicazione dell’industria alimentare, nell’ambito o al termine del processo di riempimento, e adattare il processo se necessario. Rispetto alla tecnologia EFC, la tecnologia di pesatura basata su SG offre un’efficienza e una produttività decisamente superiori, a fronte di spese molto più contenute.

 

 

“Risparmiare tempo, fatica e denaro vero”

Considerato quanto è diventata robusta, igienica e precisa la tecnologia di pesatura digitale basata su SG oggi, essa non solo si presenta come alternativa alle celle di carico EFC, ma si dimostra già notevolmente vantaggiosa per numerose applicazioni. Una cosa è molto chiara: la tecnologia di pesatura digitale basata su SG consente alle aziende di risparmiare tempo, fatica e denaro vero.

International Product Manager for Weighing Technology and OEM Sensors, HBM