Aggiungere un controllo di livello a una macchina già operativa può sembrare un intervento semplice, ma spesso comporta modifiche rilevanti. Forare una vasca, installare un raccordo o inserire una sonda nel recipiente può richiedere lo smontaggio di alcuni componenti, l’arresto dell’impianto e una nuova verifica della tenuta. Il retrofit diventa ancora più delicato quando il contenitore ospita sostanze aggressive, prodotti alimentari oppure materiali che non devono essere contaminati. In determinate condizioni, una possibile alternativa consiste nel rilevare il livello dall’esterno del recipiente, sfruttando sensori che non entrano direttamente in contatto con il contenuto. Questa soluzione può ridurre l’invasività dell’intervento, ma non è applicabile indistintamente a ogni macchina. Materiale e spessore della parete, caratteristiche del prodotto, forma del serbatoio e precisione richiesta devono essere analizzati prima dell’installazione.
Perché aggiungere un controllo di livello
Molte macchine meno recenti affidano il controllo del contenuto all’operatore, a indicatori visivi o a semplici temporizzazioni. Questi sistemi possono diventare insufficienti quando cambiano i ritmi produttivi o vengono introdotti nuovi requisiti di automazione. Un segnale di livello può servire a interrompere una pompa prima che funzioni a secco, avviare un riempimento, segnalare una condizione di troppo pieno o verificare che sia presente una quantità minima di prodotto. È importante stabilire fin dall’inizio quale informazione sia necessaria. Un sensore di soglia indica soltanto se il materiale ha raggiunto un determinato punto. Una misura continua, invece, restituisce un valore proporzionale all’altezza del contenuto. La tecnologia deve essere scelta in base alla funzione richiesta, non soltanto alla facilità di montaggio.
I limiti delle soluzioni a contatto
Le sonde immerse, i galleggianti e altri dispositivi installati all’interno del recipiente sono soluzioni diffuse, ma richiedono un accesso diretto al processo. Per montare questi componenti può essere necessario praticare un foro, aggiungere una filettatura o realizzare un attacco meccanico. Ogni modifica introduce aspetti da verificare, come tenuta, resistenza alla pressione e compatibilità chimica. Un sensore a contatto deve inoltre sopportare il prodotto, la temperatura e gli eventuali detergenti utilizzati durante la pulizia. Depositi, incrostazioni o materiali viscosi possono alterare la misura e richiedere interventi periodici. Negli impianti alimentari, farmaceutici o di laboratorio assume particolare importanza anche la possibilità che il componente introduca superfici difficili da pulire. In questi contesti, evitare il contatto può semplificare la gestione igienica, purché il sistema esterno garantisca una rilevazione affidabile.
Il principio della rilevazione capacitiva
Un sensore capacitivo rileva le variazioni del campo elettrico generate dalla presenza di un materiale nelle vicinanze della superficie sensibile. Rispetto a un sensore induttivo, che viene utilizzato soprattutto per oggetti metallici, può riconoscere anche liquidi, polveri e materiali granulari. Quando il sensore viene installato all’esterno di una parete non metallica, il campo attraversa il contenitore e risente della presenza del prodotto. La misura dipende dalla differenza tra le proprietà dielettriche della parete, dell’aria e del materiale da rilevare. In generale, la rilevazione è più agevole quando il contenuto presenta una costante dielettrica superiore rispetto a quella del recipiente. I produttori di sensori capacitivi indicano infatti che spessore della parete e caratteristiche dielettriche del materiale influenzano direttamente l’affidabilità del segnale.
Quali contenitori possono essere utilizzati
Il rilevamento attraverso la parete è normalmente adatto a recipienti realizzati con materiali non metallici, come alcune plastiche o il vetro. Una parete metallica scherma il campo elettrico e impedisce alla maggior parte dei comuni sensori capacitivi esterni di rilevare il contenuto. Anche tra le plastiche esistono differenze significative. Composizione, densità, presenza di rinforzi e spessore possono modificare la sensibilità del sistema. Pareti molto spesse rendono più difficile distinguere il prodotto dall’ambiente circostante, soprattutto quando il materiale da misurare presenta proprietà dielettriche poco marcate. Il modello collegato all’anchor, per esempio, è indicato per il montaggio esterno su serbatoi plastici o in vetro con pareti fino a 8 millimetri e per la misura di liquidi, polveri e grani. Si tratta di dati riferiti a quel dispositivo specifico, non di limiti validi per tutti i sensori capacitivi. Il contenitore deve quindi essere considerato parte integrante del sistema di misura.
Le caratteristiche del materiale da rilevare
Non tutti i prodotti vengono rilevati con la stessa facilità. L’acqua e molti liquidi a base acquosa producono generalmente una variazione capacitiva evidente. Oli, polveri leggere e materiali con una bassa costante dielettrica possono invece richiedere pareti più sottili, una maggiore sensibilità o prove applicative. Anche la composizione del prodotto può cambiare durante il processo. Temperatura, umidità, concentrazione e densità possono influire sul segnale. Una polvere asciutta, per esempio, può comportarsi diversamente dalla stessa sostanza quando assorbe umidità. Residui aderenti alla parete interna rappresentano un altro elemento critico. Uno strato di prodotto può continuare a essere rilevato anche quando il livello reale è sceso, generando un’indicazione non corretta. Film viscosi, schiuma, bolle e depositi sono infatti segnalati tra le possibili cause di alterazione della misura capacitiva.
Dove collocare il sensore
Il punto di installazione deve essere scelto osservando sia la geometria del serbatoio sia il comportamento del materiale. Una superficie piana permette generalmente un accoppiamento più uniforme rispetto a una parete molto curva. Il sensore deve aderire stabilmente, senza intercapedini variabili che potrebbero modificare il campo elettrico. È opportuno evitare zone vicine a rinforzi metallici, motori, cavi di potenza o altri elementi che possano introdurre disturbi. Anche agitatori, flussi di riempimento e accumuli localizzati possono provocare oscillazioni del livello. Il fissaggio deve impedire spostamenti durante vibrazioni, manutenzione o lavaggio. Alcuni sensori possono essere montati con staffe o adesivi, purché questi ultimi non contengano componenti conduttivi capaci di alterare la rilevazione.
Integrare il segnale nella macchina
Il montaggio meccanico è soltanto una parte del retrofit. Occorre verificare che l’uscita elettrica del sensore sia compatibile con il sistema di controllo esistente. Una macchina può utilizzare ingressi digitali, segnali analogici, interfacce seriali o protocolli differenti. Il sensore scelto deve poter dialogare con il PLC, la scheda elettronica o il controllore già presente, direttamente oppure attraverso un modulo di conversione. Un sensore di livello capacitivo può rappresentare una soluzione per ottenere una rilevazione esterna e non invasiva, ma la scelta deve includere alimentazione, tipo di uscita, campo di misura, risoluzione e tempi di risposta. È inoltre necessario definire la logica software: soglie, ritardi, filtraggio del segnale e comportamento della macchina in caso di valore anomalo o assenza di comunicazione.
Calibrazione e prove in condizioni reali
Prima di utilizzare il nuovo controllo nel ciclo produttivo, è indispensabile eseguire prove con il contenitore e il materiale effettivi. La calibrazione dovrebbe comprendere almeno la condizione di recipiente vuoto, alcuni livelli intermedi e il massimo livello operativo. È utile ripetere le verifiche con temperature e condizioni di processo differenti. Non basta controllare che il sensore rilevi il prodotto durante una prova statica. Bisogna osservare il comportamento durante riempimento, svuotamento, vibrazioni e funzionamento degli altri dispositivi. Il retrofit può essere considerato riuscito soltanto quando il segnale rimane stabile nelle reali condizioni di utilizzo.
#Adessonews seleziona nella rete articoli di particolare interesse.
Se vuoi leggere l’articolo completo clicca sul seguente link
Redazione
Source link
