ISV Umwelt - Separazione pulita
L’impianto di depurazione comunale di Diepholz è uno dei clienti di ISV-Umwelt.
Impianto compatto per la disidratazione della biomassa
I fanghi di depurazione vengono preparati per il trattamento termico tramite una centrifuga. Un vasto assortimento di sensori consente il monitoraggio preciso dell’impianto, sia in loco che da remoto. E grazie a IO-Link, il montaggio, la messa in servizio e l’assistenza sono particolarmente efficienti.
Quasi 2 milioni di tonnellate di fanghi di depurazione vengono prodotti ogni anno in circa 10.000 impianti di depurazione in Germania. Mentre in passato una gran parte dei fanghi di depurazione veniva utilizzata come fertilizzante in agricoltura, oggi per motivi ambientali si utilizzano sempre più spesso per il recupero termico. La legge stabilisce che tutti i fanghi di depurazione devono essere utilizzati per il recupero del fosforo negli impianti mono-inceneritori al più tardi a partire dal 2029.
Affinché i fanghi di depurazione possano essere utilizzati come combustibile, le sostanze solide contenute devono essere separate dall’elevato contenuto di acqua, che costituisce oltre il 97% della massa.
E qui entra in gioco l’azienda ISV Umwelt di Langelsheim. Il fondatore e amministratore Sven Penkwitt spiega: “Costruiamo impianti mobili per la disidratazione della biomassa e li noleggiamo in modo temporaneo o permanente ai nostri clienti”.
Uno di questi clienti è l’impianto di depurazione comunale di Diepholz, dove ISV Umwelt installa uno dei suoi impianti circa quattro volte all’anno per una settimana. “In questo periodo, da circa 2400 metri cubi di fanghi digeriti, che si accumulano nel giro di tre mesi nelle grandi vasche, vengono separate circa 72 tonnellate di materia secca che poi possono essere avviate al recupero termico.”
I fanghi di depurazione (a sinistra) vengono separati in acqua (centro) e substrato secco (recipiente a destra).
Separazione tramite centrifuga
L’impianto di separazione consiste in un sistema autarchico collocato in un container mobile lungo 12 metri. Il cuore è costituito dal decanter centrifugo, il cui tamburo ruota con 3.200 giri al minuto, generando così forze centrifughe equivalenti a 3.000 volte l’accelerazione di gravità. Se i fanghi di depurazione vengono alimentati dai bacini di raccolta tramite pompa e tubo, i solidi pesanti vengono spinti verso l’esterno. Da qui, vengono convogliati all'esterno per mezzo di coclee, mentre l'acqua più leggera rimane al centro del tamburo e fuoriesce. Un nastro trasportatore li porta poi in un container di raccolta per il trasporto all'impianto di cogenerazione. Per ottimizzare la separazione viene aggiunto un flocculante, che viene calibrato in quanto a tipo e dosaggio in funzione della composizione dei rispettivi fanghi di depurazione.
Per ottenere un risultato di disidratazione ottimale, deve essere possibile adattare il processo in vari punti. Ed è proprio qui che subentra ifm: in quanto specialista dell’automazione, ifm offre una vasta gamma di sensori e soluzioni di automazione con cui è possibile regolare con precisione le sequenze di processo e visualizzare e diagnosticare in modo trasparente fino all'ultimo dettaglio.
Monitoraggio della centrifuga
I due cuscinetti principali della centrifuga sono soggetti a forze estreme quando il pesante tamburo fa girare i fanghi di depurazione, talvolta disomogenei, a grande velocità. Per questo motivo, su ogni cuscinetto sono stati avvitati due sensori di vibrazioni VVB che monitorano costantemente il comportamento delle vibrazioni.
Un modello di vibrazione che si discosta dalla norma permette di rilevare rapidamente quando la massa alimentata non viene lavorata, vale a dire separata correttamente, poiché la consistenza o la viscosità non sono giuste o nella centrifuga vi finiscono grumi grossolani. A questo punto, il personale di servizio può intervenire e ridurre, ad esempio, la velocità della centrifuga per evitare un danno.
Anche l’usura dei cuscinetti del tamburo viene rilevata in tempo tramite un aumento dell’ampiezza delle vibrazioni e trasmessa come segnale di manutenzione. Inoltre, il sensore di vibrazioni ha un sensore di temperatura integrato. Valori di temperatura in aumento fanno presupporre un maggiore attrito dovuto all’usura.
Figura 1: Questa centrifuga decanter che separa l’acqua dalla massa secca ad una velocità 3000 volte superiore a quella di gravità è il fulcro dell’impianto. Figura 2: Un sensore di vibrazioni garantisce che non si verifichino vibrazioni critiche.
Ogni anno a Diepholz vengono prodotte 300 tonnellate di substrato secco che vengono riciclate termicamente.
Gruppo idraulico
Nell’asse centrale della centrifuga è collocato un trasportatore a coclea ad elevata coppia motrice ed azionamento idraulico che compatta i solidi e li scarica all’esterno. La pressione viene generata da un gruppo idraulico ad azionamento elettrico. Un sensore di pressione PV8 con un campo di misura da 0 a 250 bar misura la pressione idraulica e la utilizza per controllare il motore elettrico della pompa tramite convertitore di frequenza. La pressione viene quindi utilizzata per controllare l’azionamento della coclea e lo scarico dei solidi dell’impianto.
Sul gruppo si trova anche un sensore di livello Ll5 che rileva il livello e la temperatura dell’olio e trasmette un segnale di avviso in caso di superamento per eccesso o per difetto dei valori consentiti.
Monitoraggio del gruppo idraulico in funzione di pressione, livello e temperatura dell’olio.
Il gruppo idraulico ad azionamento elettrico per il trasportatore a coclea della centrifuga.
Monitoraggio dell’alimentazione
L’alimentazione dosata con precisione di fanghi di depurazione nella centrifuga è fondamentale per un processo di separazione efficiente. Per questo, nell’alimentazione è installato un flussimetro MID. Questo sensore rileva con affidabilità il flusso dei più svariati fluidi liquidi e viscosi. Qui si tratta della quantità di biomassa o fanghi di sedimentazione alimentati che varia tipicamente da 15 ad un massimo di 56 metri cubi all’ora. Nel sistema di controllo dell’impianto, questo valore misurato è collegato sia alla pompa di carico che al sistema di controllo della centrifuga. Il sensore funziona secondo il principio di misura magneto-induttivo. Il vantaggio: il tubo di misura è privo di qualsiasi elemento di misura o simile sul quale potrebbero depositarsi componenti solidi o fanghi di depurazione e quindi intasare la tubazione.
Inoltre, il sensore misura anche la temperatura dei fanghi di depurazione alimentati. Nelle stagioni fredde sono più viscosi, un fattore decisivo del quale si deve tener conto alimentando la centrifuga.
La miscela fa la differenza
Per ottenere un’ottimale separazione di fase (come gli esperti definiscono la separazione tra liquidi e solidi) viene aggiunto un flocculante ai fanghi di depurazione. Il flocculante viene adattato al tipo di fanghi di depurazione, ossia la ricetta varia a seconda dell’impianto di depurazione. Il flocculante è costituito da acqua e da un concentrato di polimeri. Entrambi vengono preparati con un rapporto di miscelazione preciso. A questo scopo viene utilizzato un flussimetro con tecnologia Vortex che misura con estrema precisione l'acqua fornita al serbatoio di preparazione e regola così la ricetta del flocculante.
Il serbatoio di preparazione viene monitorato dal sensore di livello LR7000 che utilizza una sonda con microonde guidate per misurare il livello. Il vantaggio: questo principio di misura non viene influenzato dalla schiuma che si forma nel flocculante. Inoltre, la sonda può essere accorciata con facilità, adattandola all’altezza del serbatoio.
Il flocculante preparato viene introdotto nella centrifuga insieme ai fanghi di depurazione. Durante tale operazione un flussimetro SM8020 con principio di misura magneto-induttivo monitora con precisione la quantità alimentata. Diversamente dal sensore Vortex, questo flussimetro è in grado di rilevare con precisione non soltanto l’acqua, bensì qualsiasi fluido liquido e, appunto, alche il flocculante polimerico molto viscoso.
Figura 1: Tramite microonda, il sensore di livello LR7000 rileva il livello presente nel recipiente di preparazione del flocculante. Figura 2: Flussimetri di vari tipi aiutano nel dosaggio del flocculante.
Misurazione sul serbatoio di stoccaggio
Il serbatoio di stoccaggio con il concentrato di polimeri viene monitorato tramite il sensore di livello KQ1000. Questo sensore viene fissato esternamente al serbatoio e ne rileva il livello attraverso la parete. Tre segnali di commutazione con diverse priorità ricordano di rabboccare il serbatoio. Sven Penkwitt ha trovato una soluzione particolarmente pragmatica: “A seconda dei tempi di consegna e della quantità di prodotto richiesta, la posizione di installazione del sensore sul serbatoio può variare da più in alto a più in basso, dandoci flessibilità nei tempi di consegna dell’ordine”.
Il sensore capacitivo rileva il livello di concentrato di polimeri attraverso la parete del serbatoio e segnala quando è ora di ordinare il rifornimento.
Valore di misura centrale: un flussimetro magneto-induttivo monitora la quantità di fanghi di depurazione che finisce nella centrifuga.
Semplice con IO-Link
Tutti i sensori di questo impianto utilizzano il protocollo di comunicazione IO-Link. Sven Penkwitt illustra i vantaggi per la sua azienda: “IO-Link riduce il tempo necessario per il cablaggio, consentendo così una messa in servizio molto più snella. Il cablaggio strutturato è costituito essenzialmente dall’avvitare connettori a sensori e moduli. Vengono meno fonti di errori come ad esempio cavi collegati in modo errato. Abbiamo cablato i nostri primi impianti ancora in modo convenzionale, impiegando circa 2 giorni e mezzo. Oggi con IO-Link ci bastano 2 ore”.
Secondo Penkwitt, un vantaggio rilevante di IO-Link è l'assistenza: “Per la sostituzione di un sensore difettoso non ho più bisogno di un elettricista; grazie al semplice collegamento M12 praticamente chiunque può sostituire il sensore”. Una volta inserito il nuovo sensore, i parametri gli arrivano automaticamente dal master IO-Link: i valori di soglia e quelli dei contatori vengono semplicemente trasferiti dal vecchio al nuovo sensore. “Possiamo quindi affermare che IO-Link riduce al minimo i fermi degli impianti in loco presso il cliente”.
Mentre i sensori di tipo tradizionale hanno soltanto uscite di commutazione o analogiche, i sensori IO-Link offrono anche una comunicazione diretta fino al sensore. In questo modo è possibile, ad esempio, effettuare l’intera parametrizzazione del sensore da remoto, sia manualmente dall’operatore tramite software o automaticamente dal sistema di controllo, come nel caso di un cambio ricetta. Il processo può quindi essere ottimizzato facilmente da remoto fino al livello del sensore.
Oltre al valore di misura effettivo, i sensori IO-Link offrono funzioni diagnostiche aggiuntive, come ad es. il contatore delle ore di esercizio, la memoria dei valori minimi e massimi o i valori relativi alla qualità del segnale di misura.
Sven Penkwitt spiega: “I nostri impianti possono essere gestiti e monitorati completamente da remoto. IO-Link è molto utile poiché ci offre la massima trasparenza fin al sensore. Ciò ci consente di regolare in modo ottimale il processo e di localizzare velocemente la fonte di errore in caso di guasti”.
Figura 1: L’impianto può essere gestito e visualizzato completamente da remoto. Non da ultimo, IO-Link garantisce la massima trasparenza. Figura 2: Grazie a IO-Link, l’operatore può leggere tramite dashboard i valori di misura di ogni sensore, modificare i parametri e visualizzare i valori minimi e massimi nonché i dati di diagnostica.
Conclusioni
L’ampia gamma di prodotti rende possibile tutto ciò: con i sensori di ifm e tutti i vantaggi di IO-Link, è possibile automatizzare completamente anche un impianto complesso, in cui è necessario tener conto di numerose variabili per ottenere la massima efficienza. Ma oltre all’”hardware” vero e proprio conta anche l’assistenza. Sven Penkwitt riassume: “ifm ha la competenza necessaria. Sia al telefono che in loco, parliamo con persone competenti che ci forniscono supporto. Anche la disponibilità è eccellente: chiamo entro le ore 15 e il giorno dopo ho il mio sensore. Questo è di grande importanza per noi nella manutenzione e nell'assistenza in quanto, in ultima analisi, sono io il responsabile nei confronti dei miei clienti. Non conosco quasi nessun fornitore nel settore elettrotecnico che si avvicini ad una tale performance. È per questo che ci affidiamo, ogni volta, a ifm, che ci offre tutto ciò di cui abbiamo bisogno: competenza, affidabilità e rapidità”.
Semplici collegamenti a vite invece di complessi cablaggi: tutti i sensori sono collegati con il master IO-Link, che trasmette i segnali al sistema di controllo dell’impianto tramite Profinet.
