La refrigerazione industriale necessita di un monitoraggio costante di tutti i parametri termodinamici coinvolti per garantirne un comportamento efficiente, stabile e rispettoso delle normative ambientali. Servono quindi dei dispositivi di misura, più precisamente dei sensori, dotati di margine di errore ridotto e ripetitività affidabile delle misure per rispettare nel modo più fedele possibile questi requisiti e fornire dati affidabili ai PLC utilizzati per l’automazione dell’impianto.
I sensori di misura si possono suddividere nelle seguenti categorie:
- Sensori di Temperatura: rilevano il calore nei punti chiave (evaporatore, compressore, celle). Le PT100 e PT1000sono le sonde più comuni insieme ai termistori NTC/PTC;
- Sensori di Pressione: sono dispositivi solitamente realizzati con un nucleo in ceramica che trasmettono la misura rilevata convertendo la pressione del refrigerante in segnali di corrente elettrica nel comune range tra i 4mA e i 20mA. Il loro contributo è utile nel monitoraggio dei compressori al fine di prevenire qualsiasi sovrapressione;
- Rilevatori di Fughe Gas: questi dispositivi possono essere realizzati sia con tecnologia a infrarossi “non dispersiva” o NDIR (No-Dispersive InfraRed) che a semiconduttore. Vengono impiegati per ragioni di sicurezza al punto che la loro regolazione è finalizzata per l’intercettazione delle perdite di refrigeranti sintetici (idrofluorocarburi e idrofluorolefine) o naturali come l’ammoniaca (NH₃) e l’anidride carbonica (CO₂);
- Sensori e Interruttori di Livello:controllano quanto refrigerante liquido si trova nei ricevitori di liquido o nei separatori al fine di prevenire un ritorno di liquido al compressore;
- Flussostati e Misuratori di Portata: il loro utilizzo è importante per garantire un movimento scorrevole dei fluidi secondari, come l’acqua glicolata, fondamentali nella prevenzione dal congelamento degli scambiatori;
A monte di quanto scritto sopra, per i sensori di misura bisogna distinguere due principali metodi di trasmissione dei dati:
- Sensori in tensione elettrica: il metodo utilizzato da queste dispositivi per rilevare le misure è basato sulle variazioni della tensione elettrica in continua tra 0V e 10V. Vantaggiosi per la loro versatilità, tuttavia risentono della dispersione di segnale alle grandi distanze oltre che una notevole sensibilità alle fonti di disturbo elettromagnetiche. Vanno applicati per rilevamenti a brevi distanze;
- Sensori in corrente elettrica: rilevano le misure sul campo attraverso un range che parte dai 4mA per indicare il valore minimo mentre il valore massimo rilevato viene associato a una intensità di corrente elettrica di 20mA. Lo 0 è indicatore di un guasto sul dispositivo o sul cavo che li collega allo strumento di attuazione (PLC nel quadro di bordo macchina). Utili per fornire misure a lunga distanza data la loro elevata immunità ai disturbi esterni, necessitano alimentazione elettrica e un cablaggio rigido per la gestione dei loop di corrente da parte del trasmettitore stesso;
Nel corso degli anni l’evoluzione tecnologica si è fatta sentire anche su questi dispositivi; indichiamo le principali migliorie:
- Evoluzione Digitale e Protocolli di Comunicazione
I sensori intelligenti (Smart Sensors) stanno andando a sostituire i sensori analogici in tensione e corrente sopra citati. Attraverso l’utilizzo di protocolli digitali dedicati come Modbus, Profibus o IO-Link, possono essere trasmissi più dati contemporaneamente tra i quali il valore misurato, lo stato di salute del sensore stesso e gli allarmi di diagnostica interna;
- Architetture IoT e Cloud Monitoring
Oltre a inviare dati al PLC per l’elaborazione dei segnali da inviare ai sistemi di attuazione presenti nell’impianto, i sensori inviano dati a piattaforme Cloud tramite gateway dedicati di tipo IoT (Internet of Things). In questo modo è possibile:
- monitorare da remoto impianti distribuiti in ogni parte del mondo da un’unica sala di controllo;
- avere uno storico utile all’analisi del COP (Coefficient of Performance) dell’impianto;
- Algoritmi AI e Manutenzione Predittiva Avanzata
La IA è utile perché può prevedere un potenziale guasto con in anticipo di alcune settimane incrociando i dati provenienti dai diversi dispositivi di campo in merito, per esempio, alla vibrazione del compressore insieme alla temperatura di scarico e all’assorbimento elettrico. Questo permette interventi mirati durante i fermo macchina programmati evitando che si arrivi alla rottura del componente;
- Gestione della “Sbrinatura” Efficiente (Defrosting)
I sensori ottici e capacitivi di ultima generazione permettono sia il rilevamento della temperatura dell’evaporatore che dello spessore del ghiaccio sulle alette dello scambiatore. Questo permette l’avvio dei cicli di sbrinamento solo quando strettamente necessario e non più a intervalli di tempo fissi a causa dell’importante dispendiosità a livello energetico richiesta da questa procedura;
- Resistenza a Condizioni Ambientali Estreme
I sensori dedicati alla refrigerazione industriale devono rispettare i seguenti requisiti:
1) Gradi di protezione elevati: per i lavaggi alla alte pressioni e per le lance a vapore, questi
dispositivi devono essere IP67 o IP69K;
2) Materiali dedicati: Acciaio inossidabile (spesso AISI 316L) contro la corrosione da
ammoniaca e dalle atmosfere saline;
3) Range termici estesi: devono operare con efficienza a meno di -40°C senza subire perdite
di precisione o derive termiche.
L’integrazione dei sensori fin qui descritti nel campo della refrigerazione industriale implica un investimento iniziale (CAPEX) ammortizzabile in tempi brevi grazie a una rilevante riduzione dei costi operativi (OPEX). Qui sotto si riporta un’analisi d’impatto economico per aree di risparmio
e relativi tempi di ritorno dell’investimento:
Riduzione dei consumi
La refrigerazione assorbe spesso più del 50% dell’energia elettrica totale di uno
stabilimento agroalimentare o logistico. E’ possibile infatti tenere soto controllo ogni forma di surriscaldamento. Inoltre lo sbrinamento su richiesta riduce ulteriormente i consumi.
Infine i sensori di temperatura esterni permettono l’abbassamento di pressione di condensazione quando il clima non è eccessivamente caldo risparmiando circa il 2% – 3% di energia per ogni grado Celsius in meno;
Riduzione delle perdite di refrigerante
I sensori di rilevamento perdite azzerano questo spreco bloccando la fuga sul nascere scongiurando così multe salate previste dalle normative europee per mancata manutenzione o mancata individuazione tempestiva delle perdite
Eliminazione dei fermi macchina e un allungamento della vita utile delle componenti d’impianto;
Protezione del prodotto finale da parte dell’impianto
Le derive termiche, infatti, possono deteriorare la merce soprattutto di tipo alimentare e farmaceutico. I sensori di ultima generazione garantiscono tutele su questo versante.
Inoltre i sensori con certificazione HACCP proteggono il valore economico del magazzino; salvando un singolo lotto di merce, perchè garantiscono un allarme tempestivo.
