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PLC Forum


Controllo concentrazione di una miscela emulsiva


mc1988
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Buon pomeriggio a tutti e buona domenica.

Vi espongo brevemente l'applicazione che ho in mente di realizzare, sperando che qualcuno del forum possa avere idee, suggerimenti o spunti utili da condividere.

 

Nella mia azienda esiste un impianto che effettua la diluizione di un certo prodotto in acqua deionizzata (più precisamente osmotizzata).

Del prodotto non conosco esattamente la composizione chimica, ma so con certezza che si tratta di una dispersione contenente il 25% circa di una cera polietilenica; altri dati di cui sono in possesso sono la densità (che è praticamente uguale a quella dell'acqua), il pH (che può variare dal neutro al leggermente alcalino) e l'aspetto (opaco-lattiginoso).

La diluzione in acqua viene settata, attraverso un controllore posto a bordo impianto, ad un valore che può variare dall'1% al 2% e che in genere viene tenuto tra l'1,2% e l'1,5%.

Dopo la diluizione, il prodotto viene semplicemente inviato agli erogatori (che sono multipli e distano anche molti metri dall'impianto di miscelazione, che invece è unico).

 

Quello che vorrei realizzare, perchè attualmente non esiste, è un controllo di processo, continuo nel tempo, della concentrazione della miscela prima che venga distribuita agli utilizzatori.

Non mi occorre neppure una particolare precisione di misura, diciamo che mi accontenterei di un'incertezza dello 0,1% in valore assoluto (che dovrebbe corrispondere ad un'incertezza relativa del 5%-10%, se non mi sbaglio).

 

Non potendomi avvalere utilmente nè di differenze di densità nè di pH, ho pensato di utilizzare un torbidimetro di processo, per intenderci un sensori tipo quelli che si utilizzano nel settore del trattamento delle acque reflue o in alcune filiere alimentari specifiche (latte, birra) per controllare le variazioni di colore e la torbidità data dalle particelle solide sospese.

 

In via preliminare, senza alcuna pretesa di completezza o di esattezza, cercando in rete ho individuato alcuni modelli di trasduttori( prodotti da ditte specializzate nella sensoristica e strumentazione di processo per la fluidodinamica) che potrebbero fare al mio caso, ad esempio questi (prodotti dalla Satron)

https://www.luchsinger.it/contents/products/data-sheet-vom.pdf

https://www.luchsinger.it/contents/products/data-sheet-vod.pdf

https://www.luchsinger.it/contents/products/data-sheet-vof.pdf

 

oppure questi (prodotti dalla Kobold)

https://www.kobold.com/uploads/files/ata-k-it-analisi.pdf

https://www.kobold.com/uploads/files/ats-k-it-analisi.pdf .

Credo che anche Endress+Hauser o altri "colossi" del settore abbiano a catalogo prodotti simili, ma al momento non mi sono spinto oltre nella ricerca.

 

Tra l'altro molti di questi trasduttori offrono un'uscita analogica in corrente che mi tornerebbe utile perchè potrei gestire il segnale consegnandolo ad un PLC e realizzando, magari, un comparatore analogico per confrontare la lettura di processo con uno o più riferimenti di soglia ed attivare, per esempio, delle uscite di allarme.

 

Vorrei comunque evitare sistemi troppo complessi o troppo costosi che innanzitutto avrei difficoltà nel realizzare e che probabilmente poi non sarebbero neppure approvati dal management dell'azienda.

 

Mi piacerebbe sapere cosa pensate della mia idea, se intravedete delle criticità concettuali o realizzative, e se avete idee diverse o comunque suggerimenti utili da fornirmi. :)

 

Grazie mille in anticipo per il tempo e la pazienza

Ciao

mc1988

 

 

 

 

 

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Livio Orsini

Non hai dato alcuna informazione su come avviene la miscelazione.

Viene introdotta la cera in un recipiente contenente acqua?

Vengono introdotti contemporaneamente acqua e soluzione cerosa?

Altro metodo?

Le modalità di miscelazione, a mio parere, sono determinati per la scelta della metologia di misurazione e regolazione.

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Rimedio subito:

l'impianto è dotato di una pompa dosatrice e di una piccola (credo < 50 litri) tanica di stoccaggio, dove la soluzione è in continua preparazione (ed agitazione) perchè il tempo di permanenza è brevissimo (volutamente, per impedire lo sviluppo di alghe) dato il volume ridotto dello stoccaggio ed il flusso che viene continuamente "richiamato" dagli erogatori. L'acqua viene prelevata da una tubazione che si dirama direttamente dall'impianto di osmosi inversa mentre la dispersione cerosa viene semplicemente prelevata da un fusto attraverso un tubo di pescaggio. Dall'impianto si dirama un unico tubo di mandata (che è quello lungo il quale vorrei installare il torbidimetro) dal quale si diparte la rete di distribuzione verso gli erogatori.

Grazie 

mc1988

 

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Livio Orsini

Quindi in pratica c'è un continuo afflusso dei 2 componenti.

A mio modo di vedere, la soluzione più semplice ed affidabile è misurare la quantità d'acqua immessa in termini di portata e, conseguentemente, regolare la pompa dosatirice per mantenere costante il rapporto dei 2 componenti.

Un misuratore di portata è relativamente poco costoso e molto affidabile.

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  • 2 weeks later...
efuorinevica73

Per la misura della concentrazione in continuo, potresti utilizzare un densimetro, Emerson fornisce strumenti con delle curve di concentrazione configurabili.

Vincenzo

 

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Se la miscelazione è in continuo, la soluzione di Livio è ottimale. Puoi mettere un secondo misuratore a valle della pompa dosatrice così da essere sicuro di dosare acqua e preparato in modo corretto. 

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Livio Orsini

Sono passati 14 giorni, ma l'autore della discussione non si fa più sentire.

Che abbia abbandonato il perogetto?

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Buonasera a tutti,

grazie innanzitutto per i vostri pareri e suggerimenti.

Non sono sparito e (almeno per il momento!) non ho affatto abbandonato il progettino, semplicemente altre faccende molto più "burocratiche" e noiose mi hanno tolto tempo e mi hanno distratto dall'idea e anche dal forum.

Nei prossimi giorni vi aggiornerò sugli sviluppi che ho in mente.

Grazie

Ciao

mc1988

 

 

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  • 10 months later...
Posted (edited)

Buon pomeriggio a tutti,

dopo varie vicissitudini e peripezie, lavorative e non, ho di nuovo il tempo e l'opportunità di riprendere questo thread, rispondendo e dando tutti gli aggiornamenti del caso.

 

 

@efuorinevica73

Il 26/5/2021 alle 14:58 , efuorinevica73 ha scritto:

Per la misura della concentrazione in continuo, potresti utilizzare un densimetro

Purtroppo non credo che sia una soluzione percorribile, perché i componenti in miscelazione hanno (pressappoco) la stessa densità e quindi variazioni di concentrazione dell'emulsione non indurrebbero apprezzabili variazioni della densità tali da poter essere rilevate ed utilizzate come misura.

 

@Livio Orsini

Il 16/5/2021 alle 17:24 , Livio Orsini ha scritto:

A mio modo di vedere, la soluzione più semplice ed affidabile è misurare la quantità d'acqua immessa in termini di portata e, conseguentemente, regolare la pompa dosatirice per mantenere costante il rapporto dei 2 componenti.

In effetti è proprio così che funziona il dosaggio nell'impianto di miscelazione: per intenderci, ogni 100 L d'acqua vengono dosati da 1.2 L a 1.5 L circa di prodotto.

Quello che io però temo che accada è che, in fase di prelievo dal fusto, possano esserci differenze significative quando si va a prelevare prodotto da un fusto "fresco", quindi pieno o quasi, rispetto a quando si va a prelevare da un fusto "esausto", quindi semivuoto o quasi vuoto (senza considerare, poi, ulteriori fattori poco controllabili che potrebbero incidere su quest'aspetto, ad es. il tempo di stoccaggio dei fusti in magazzino più o meno lungo che potrebbe favorire la "sedimentazione" della cera polietilenica verso il fondo dei fusti, la temperatura di stoccaggio dei fusti, ecc.).

Da qui il mio pensiero di implementare una misura a valle dell'impianto di miscelazione, direttamente sulla mandata che va a servire le utenze, per avere il "polso" della reale concentrazione di miscela emulsiva che si va ad erogare.

 

 

Ho progressivamente abbandonato l'idea di utilizzare un torbidimetro, sia perchè documentandomi ho scoperto che una misura torbidimetrica non è affatto semplice da gestire nel contesto di una (tutto sommato piccola) automazione industriale, ed infatti i torbidimetri di processo sono trasduttori che hanno una diffusione scarsa e legata ad applicazioni di nicchia, sia perchè mi è stato spiegato dal fornitore del fluido polietilenico che, a parità di % di particelle solide sospese/disperse nel prodotto, la torbidità del prodotto stesso presenta una consistente variabilità (ad esempio, per una concentrazione standard si può andare tranquillamente da 20 fino a 60 unità nefelometriche) che la rende quindi un indicatore molto poco affidabile della reale concentrazione.

 

E' emerso, invece, che la conducibilità elettrica dell'emulsione, in base a prove di laboratorio che sono state fatte all'estero da altri utilizzatori, dovrebbe variare linearmente con la concentrazione, in pratica si dovrebbe andare da 8-10 microS/cm circa per l'acqua deionizzata (quindi conc. 0%) fino a 180-200 microS/cm per una soluzione al 2%, e questo incremento rappresentato in un diagramma concentrazione-conducibilità dovrebbe essere ben approssimabile da una interpolazione lineare.

 

A questo punto, pertanto, la mia idea è quella di determinare prima sperimentalmente la curva (retta) di conducibilità provando con un conduttivimetro da laboratorio campioni di soluzione preparati con concentrazioni note e standard (ad esempio 0% - 1% - 1.3% - 1.5% - 1.7% - 2%), poi usare un sensore di conducibilità che abbia un campo di misura di almeno 0-200 microS/cm (o più ampio) e che offra direttamente un'uscita analogica da poter gestire attraverso un PLC per realizzare uno o più comparatori analogici che dal confronto fra la misura ottenuta e delle soglie preimpostate (corrispondenti, a titolo di esempio, ai valori di concentrazione minima - concentrazione standard - concentrazione massima) mi attivino delle uscite da utilizzare in base a ciò che vorrei ottenere dall'automazione (anche solo, banalmente, visualizzare degli allarmi in caso di concentrazione troppo bassa o troppo alta o dei messaggi di preallarme in caso di concentrazione che si discosta di più di tot % dal setpoint). 

 

Come avevo scritto all'inizio, mi piacerebbe sapere cosa pensate dell'idea, se intravedete delle criticità concettuali o realizzative, e se avete idee diverse o comunque spunti utili da fornirmi.

 

Grazie mille

e buon lunedì di Pasquetta a tutti.

mc1988

 

 

 

Edited by mc1988
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Livio Orsini

Scusami, ma io vedo la soluzione poco affidabile anche a livello puramente di segnalazione.

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thinking

Lancio un'idea. Io mi farei un conduttivimetro personalizzato. Farei passare il prodotto da una tubazione in materiale isolante e misurerei la conduttivitá tra due elettrodi separati tra di loro una lunga distanza tipo 3 metri.

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Buongiorno,

grazie per i vostri pareri, sempre apprezzati.

Perché una soluzione basata su un sensore di conducibilità (marchio IFM o Endress+Hauer o Burkert, tanto per citare tre brand dei più noti) la ritenete non così affidabile?

Mi ero allontanato dall'ipotesi di usare un sensore di torbidità, proprio perchè mi convinceva assai poco in termini di affidabilità...

Grazie mille

mc1988

 

 

 

 

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Livio Orsini
1 ora fa, mc1988 ha scritto:

Perché una soluzione basata su un sensore di conducibilità (marchio IFM o Endress+Hauer o Burkert, tanto per citare tre brand dei più noti) la ritenete non così affidabile?

 

Dovresti essere sicuro di almeno due cose:

  • L'acqua dovrebbe essere demineralizzata e deionizzata.
  • la soluzione di cera dovrebbe avere un rapporto conducibilità-concentrazione costante e lineare.

Se queste 2 condizioni sono rispettate allora il sensore di conduttanza darebbe informazioni utili sia per all'arme sia per retroazioni correttive. Altrimenti la misura non è affidabile a meno di accettare ampie tolleranze.

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Buon pomeriggio

 

3 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

L'acqua dovrebbe essere demineralizzata e deionizzata.

L'acqua proviene da un impianto di osmosi inversa. Mi riprometto di misurarne la conducibilità con un conduttivimetro da banco, mi aspetto di trovare da 7-8 microS/cm ad un massimo di 12-15 microS/cm.

(Peraltro pensavo anche di utilizzare il sistema, indirettamente, come controllo della qualità dell'acqua: se avessi una "traslazione" verso l'alto dei valori di conducibilità, a parità di prodotto ed a parità di grado di miscelazione, questo significherebbe che si sta immettendo nell'impianto acqua non osmotizzata / non deionizzata, cosa che non deve accadere perchè comprometterebbe la qualità dell'emulsione!)

 

3 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

la soluzione di cera dovrebbe avere un rapporto conducibilità-concentrazione costante e lineare.

Questo è da verificare sperimentalmente, con il metodo che ho esposto prima. Studi effettuati all'estero, mi sembra in Olanda, indicano che questa linearità c'è.

 

A questo punto il mio pensiero è che, prima di procedere ulteriormente nell'implementazione, vanno fatte le verifiche preliminari sull'acqua e soprattutto sulla legge che regola il comportamento della conducibilità dell'emulsione al variare della concentrazione dell'emulsione.

 

Grazie

Ciao

mc1988

 

 

 

 

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Livio Orsini
1 ora fa, mc1988 ha scritto:

prima di procedere ulteriormente nell'implementazione, vanno fatte le verifiche preliminari sull'acqua e soprattutto sulla legge che regola ......

 

Completamente d'accordo.

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