12 agosto 2024
Adeguare le centrifughe alle esigenze di sostenibilità
Ogni goccia e ogni chilowattora contano quando si lavora allo sviluppo delle centrifughe. GEA costruisce centrifughe da oltre 130 anni, un'attività non certo ordinaria. Jürgen Mackel, Vicepresidente della linea Separatori di GEA, e Christian Becker, Product Manager responsabile del portafoglio di centrifughe per il settore lattiero-caseario, si occupano esattamente di questo, proponendo sempre nuove soluzioni all'altezza dell'evoluzione tecnica, delle attuali condizioni di mercato e di tutti gli aspetti della sostenibilità. Continua a leggere per scoprire quale contributo l'arte ingegneristica di GEA offre agli impianti di produzione di un'ampia gamma di industrie in tutto il mondo.
Christian Becker e Jürgen Mackel scoprono opportunità di ottimizzazione sempre nuove in ogni tipo di centrifuga.
Un incessante lavoro di ricerca e ottimizzazione
Il successo per GEA non è mai faticoso. Al contrario, è un incentivo. "Non ci impegniamo a migliorare l'efficienza e a conservare le risorse per il solo gusto di farlo, ma perché è parte del nostro DNA aziendale", afferma Mackel. "Da sempre lavoriamo per migliorare le prestazioni e l'efficienza delle macchine, riducendone l'usura e la manutenzione, per non parlare del consumo di energia e di acqua".
Tuttavia, nel corso del tempo la sostenibilità è diventata più importante. "Per questo motivo abbiamo sottoposto a un attento esame tutti i parametri rilevanti, considerando l'intero ciclo di vita dal punto di vista della sostenibilità e adottando un nuovo approccio al nostro modo di concepire la progettazione", spiega.
Becker prosegue: "Il punto di partenza sono sempre domande su aspetti che oggi più che mai riguardano i temi della sostenibilità e dell'efficienza dei costi. Perché è così costoso far funzionare una centrifuga? In quali casi utilizziamo l'energia in modo inefficiente? Dove è possibile risparmiare acqua e liquidi per il clean-in-place (CIP)? Poi valutiamo le opzioni operative e tecniche per ridurre i consumi".
Si tratta di un approccio nuovo rispetto al passato. "In passato, se volevamo costruire una nuova macchina, aumentavamo la potenza, di solito in termini di velocità, mantenendo il diametro del tamburo il più piccolo possibile", spiega Mackel. "Una maggiore potenza sotto forma di velocità consente di risparmiare sui costi di investimento (CAPEX), ma il maggiore consumo di energia aumenta i costi di esercizio (OPEX)".
Fino a pochi anni fa il prezzo dell'elettricità non era un problema. Oggi le cose sono cambiate. "Ora stiamo pensando all'opposto; progettiamo tamburi dal diametro più grande e costruiamo le macchine in modo che funzionino più lentamente: il 10% in meno di velocità equivale a una riduzione del 20% del consumo energetico", spiega. "Questo perché i clienti stanno concentrando la loro attenzione sui chilowattora, un punto particolarmente critico quando si considerano i costi".
Lo stesso vale per i sistemi di azionamento, che presentano diverse perdite di efficienza. La trasmissione diretta di GEA ha permesso di ridurre al minimo queste perdite. Questi sistemi sono inoltre caratterizzati da una minima esigenza di manutenzione e da un ingombro ridotto, pur essendo compatibili con motori di grandi dimensioni. In passato, gli ingegneri ponevano l'accento sul prodotto: maggiore resa, migliore qualità. Oggi questi aspetti vengono spesso messi in secondo piano. "Stiamo guardando sempre più al consumo di energia e di acqua della macchina in tutto il suo arco di vita", afferma Mackel. In precedenza, ad esempio, l'acqua di controllo veniva aggiunta per sette secondi, mentre ora ne bastano due. Sommando il tutto, la differenza è notevole.
Naturalmente, contano anche i parametri di produzione di GEA. L'obiettivo è quello di utilizzare il meno possibile di energia diretta e indiretta e di consumare la minima quantità di materiali nella produzione. Guardando tutto questo in prospettiva, Mackel afferma: "Ma quello che risparmiamo internamente è solo una frazione di quanto può essere risparmiato dal cliente in seguito, con una vita utile della macchina di 20-40 anni".
Le emissioni di carbonio di 150.000 macchine
Energia, acqua e materiali: queste componenti devono essere misurate e registrate con precisione nell'ambito di un processo di miglioramento. Ogni anno, si fa un calcolo per tutte le macchine vendute, circa 150.000 in totale. "Conosciamo i livelli di efficienza dei motori installati, i settori di applicazione e i tempi di funzionamento previsti", spiega Mackel. Da qui si può determinare il numero di chilowattora consumati da ogni macchina all'anno. (Un chilowattora produce fino a 0,9 kg di CO2, a seconda del Paese e della regione).
Naturalmente, non tutta l'elettricità è uguale. I clienti che utilizzano elettricità verde generata da energia idroelettrica o eolica avranno un bilancio significativamente diverso da quelli che utilizzano combustibili fossili. La macchina stessa può anche essere recuperata nelle sue singole parti per un riciclaggio successivo. "Pensiamo in termini di materie prime piuttosto che di rifiuti, in linea con l'idea di economia circolare", aggiunge Mackel. "I grandi tamburi dei separatori possono funzionare fino a 30 anni. Alla fine del ciclo di vita della macchina, vengono fusi e reimmessi nel processo".
Per ottimizzare il consumo di energia e acqua nelle nostre centrifughe, abbiamo esaminato e migliorato i rispettivi punti critici.
Non sprecare nulla, questo è l'obiettivo
L'acqua è una delle risorse più preziose al mondo ed è necessaria anche per il funzionamento delle centrifughe. La maggior parte dell'acqua viene consumata per il raffreddamento del motore e per proteggere il prodotto dal calore di attrito, oppure come acqua di controllo per il processo di scarico. Poiché le centrifughe scaricano frequentemente, a volte ogni due o tre minuti, è possibile risparmiare molta acqua. Se prima l'acqua di controllo doveva essere aggiunta per sette secondi, ora ne bastano due: un secondo di acqua di controllo corrisponde a circa un litro d'acqua, spiega Jürgen Mackel. "Stiamo anche studiando soluzioni per capire come utilizzare in altri punti del processo l'acqua di raffreddamento, che è stata riscaldata da 20 a 40 gradi. Si tratta in media di oltre 150 litri all'ora. Prima l'acqua finiva nelle fognature, mentre ora non viene usata solo per lavarsi le mani, poiché avendo sistemi chiusi è sicura anche da bere".
Altrettanto importante è il consumo energetico della centrifuga. A questo proposito sono stati sviluppati due sistemi di risparmio energetico: EngySpeed, che si riferisce ai separatori con un diametro maggiore e una velocità inferiore, e EngyVac con un vuoto tra il tamburo e il rivestimento. Con EngySpeed l'area di chiarificazione, la produttività e l'efficienza di separazione rimangono invariate, indipendentemente dal fatto che la macchina sia più piccola e ruoti rapidamente o più grande e ruoti più lentamente. "La velocità ha un impatto maggiore sull'attrito rispetto al diametro", spiega Mackel. "Il metodo collaudato per risparmiare energia consiste quindi nel ridurre la velocità a un quarto del valore delle macchine ad alta velocità più piccole".
Ma in quanto tempo il diametro maggiore del tamburo si ripaga in termini di risparmio energetico? In un esempio del settore lattiero-caseario, basato su un tempo di funzionamento medio di 6.000 ore all'anno e una produzione di 25.000 l/h con un prezzo stimato dell'elettricità di 30 ct/kWh, il sistema più grande si ripaga in 2,6 anni grazie al risparmio energetico. "Un vantaggio importante rispetto alle macchine a vuoto è che non è necessaria una centralina aggiuntiva", afferma Becker. "In altre parole, i clienti ottengono una macchina standard e un servizio di assistenza per la macchina più grande i cui costi sono paragonabili a quelli della macchina più piccola". La macchina di grandi dimensioni con EngySpeed ruota più lentamente e quindi ha intervalli di manutenzione più lunghi per alcuni gruppi. Ciò è particolarmente importante nel settore lattiero-caseario, dove esiste un obbligo contrattuale di consegna del latte.
In un esempio del settore lattiero-caseario, basato su un tempo di funzionamento medio di 6.000 ore all'anno e una produzione di 25.000 l/h con un prezzo stimato dell'elettricità di 30 ct/kWh, il sistema più grande si ripaga in 2,6 anni grazie al risparmio energetico.
EngyVac è normalmente utilizzato nelle serie di prodotti più grandi e nelle centrifughe di potenza superiore, dove la riduzione della velocità non è possibile. In genere l'ammortamento non è il fattore decisivo se si intende investire in attrezzature sostenibili. Al contrario, spesso è più importante la conformità ai requisiti normativi per il risparmio energetico o per il raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità.
CIP - un aspetto secondario con un reale potenziale di miglioramento
Un'altra idea è quella di purificare i mezzi di lavaggio, i liquidi CIP, con un separatore di chiarificazione, al fine di rimuovere i solidi e poter riutilizzare il liquido. Il product manager lo sa per esperienza: "Soprattutto nel settore lattiero-caseario, abbiamo casi in cui ogni giorno decine di tonnellate di liquidi CIP vengono semplicemente gettate via", spiega Becker. Il separatore CIPClean di GEA riduce l'impatto ambientale, il consumo di acqua e l'energia necessaria per il trattamento del liquido CIP. Il CIP riciclato mantiene il calore residuo.
Il potere della velocità e di altri parametri variabili
A un certo punto, i progettisti raggiungono i loro limiti. È qui che entrano in gioco soluzioni di automazione intelligenti, come InsightPartner Separation. "L'automazione è la nuova chiave del risparmio: prestazioni perfette, quando servono", afferma Becker. "E un servizio proattivo per calcolare in modo predittivo la massima operatività".
Interessanti sono anche i sensori di raccolta dati che contribuiscono al controllo delle centrifughe. "Ci piace anche esplorare nuovi orizzonti in termini di fattibilità nell'ambito della progettazione e questo è ciò che rende il nostro lavoro in GEA così entusiasmante", afferma Becker. "Sono ormai 130 anni che svolgiamo un lavoro di costante aggiornamento delle nostre centrifughe e continueremo a farlo per i prossimi 130 anni. Senza spegnere la fiamma della curiosità".
Va da sé che in GEA nulla è lasciato al caso. "Lo spirito innovativo della dirigenza aziendale coltiva anche una comunità di innovatori", aggiunge Mackel. "Contribuire all'innovazione è compito di ogni singolo dipendente e questo può e deve essere divertente".
