Monitraggio pressione in linee di estrusione

La proposta di Gneuss Kunststofftechnik per la soluzione di questa problematica.

Colate non completamente fuse o in fase di congelamento sono la causa più frequente della creazione di sovrappressioni pericolose nelle linee di estrusione. Questo problema può essere riconosciuto in modo affidabile solo attraverso sensori ridondanti, poiché un unico sensore, in presenza di rivestimenti con materiale resistente, non misura la pressione piena e pertanto “si appanna“. La direttiva macchine 2006/42/CE, entrata in vigore il 29 dicembre 2009, richiede una valutazione del rischio che accompagni la progettazione sull’intero ciclo di vita della macchina. In riferimento agli estrusori e alle linee di estrusione, in questa valutazione si deve prendere in considerazione anche il rischio di pressioni di fusione troppo alte. Sono noti casi in cui avarie causate da una sovrappressione non hanno causato solo problemi alla produzione, ma anche seri danni alle persone. Nella versione attualmente vigente della EN1114-1, sono descritti requisiti di sicurezza per estrusori. Così la protezione per la sovrappressione ha luogo tramite dispositivi meccanici come punti di rottura, dischi di rottura, viti a espansione etc. o attraverso sensori di pressione. La EN1114-1 si trova attualmente in elaborazione, tra l’altro con l’obiettivo di rendere più sicuro il monitoraggio della pressione. Le soluzioni meccaniche citate offrono pertanto una certa sicurezza contro gli incidenti, ma presentano limiti in particolare su impianti con grandi portate. Da un lato il materiale che fuoriesce dal punto di rottura stesso rappresenta un pericolo per l’uomo e la macchina. Dall’altra è necessario considerare che la quantità di fuso che fuoriesce deve anch’essa venire raccolta, per evitare che, fuoriuscendo liberamente, comporti lavori di pulizia troppo lunghi e tempi di fermo macchina. Un ulteriore svantaggio notevole della soluzione meccanica è che la pressione massima può essere difficilmente adattata alle diverse configurazioni dell’impianto, ad esempio a diversi utensili. 2. Sensori per il monitoraggio della pressione Il controllo tramite sensori di pressione offre qui la necessaria flessibilità e può, in caso di collegamento corrispondente al comando della macchina, limitare la pressione del fuso senza fuoriuscita di materiale. I sensori di pressione del fuso sono, come la maggior parte dei sistemi elettronici, di vita utile limitata tanto più che già in macchine che lavorano la plastica sono esposti ad alte temperature e condizioni ambientali difficili. Nella nuova versione di EN1114-1 è necessario tenere in considerazione anche questo problema, perché i requisiti per la sicurezza contro i guasti della misurazione della pressione sono superiori. La EN13849-1 divide i pezzi per la sicurezza di sistemi di comando nel Performance Level (PL) da `a` (basso) a `e` (alto). Attraverso il livello di performance, la probabilità di guasti ai componenti importanti per la sicurezza diviene confrontabile. Qui è necessario osservare che va sempre considerato il livello di performance dell’intero sistema. Del monitoraggio della pressione dell’estrusore fanno parte tutti gli elementi di comando, dal sensore all’organo di commutazione del motore, passando per il cavo di misurazione e il dispositivo di valutazione. Il fornitore della macchina deve assicurare che tutti i pericoli riconosciuti nella valutazione del rischio siano ridotti a un margine ragionevole attraverso misure adeguate. In seguito anche il monitoraggio della pressione dell’estrusore deve riconoscere in modo sicuro e ridurre una pressione del fuso pericolosa. All’inizio di queste considerazioni ci si deve chiedere come si origini una sovrappressione nella linea di estrusione. Tra le cause più frequenti vi sono sicuramente l‘avvio con materiale non completamente fuso nonché il congelamento di parti di impianto. Questi problemi sono particolarmente pericolosi, perché possono depositarsi tappi di materiali davanti a dischi di rottura e sensori di pressione, che ne potrebbero ostacolare il funzionamento. Il disco di rottura non raggiunge la forza necessaria per lo scatto. Il sensore di pressione “si appanna“ mitigando molto l’azione della pressione sulla membrana. Per la protezione contro la sovrappressione tramite sensore di pressione, ciò significa che un singolo sensore, anche quando dimostra un elevato livello di performance, non è in grado di reagire a questa situazione pericolosa. 3. Extruder Pressure Monitoring Il sistema di monitoraggio della pressione EPM (Extruder Pressure Monitoring) della ditta Gneuss lavora con due sensori ridondanti, che vengono confrontati tra loro da un’unità di monitoraggio sicura, non solo per quanto riguarda la pressione massima, ma anche per la divergenza dei valori di misura. Poiché un tappo di materiale non attenua punti di misurazione diversi allo stesso modo, un EPM è in grado di reagire anche a questo errore classico. Fig.1: Gneuss EPM System Fig.2: Integrazione dell‘EPM nel comando macchina Gneuss EPM System si compone di due sensori di pressione e di un dispositivo di monitoraggio. I sensori di pressione vengono installati possibilmente a ridosso del dispositivo di generazione pressione, installato ad esempio nella flangia di uscita dell’estrusore o della pompa del fuso. Il dispositivo di monitoraggio dispone di ingressi analogici per la sicurezza, che ricevono i segnali di misurazione dei sensori. Entrambi i segnali di misurazione vengono controllati sulla base di una differenza massima tra loro e di un valore massimo comune. Sul lato dell’uscita, vengono messe a disposizione uscite relè di sicurezza, per lo spegnimento del dispositivo di generazione di pressione. Per la misurazione della pressione si utilizzano sensori pressione collaudati in tecnologia DMS. L’amplificatore integrato trasforma il segnale di misurazione in 4…20mA. Gli amplificatori separatori preparano i segnali di misurazione in maniera tale che da una parte vengano condotti gli ingressi analogici dell’unità di monitoraggio e al contempo possano essere utilizzati separati galvanicamente per la valutazione nel comando di processo. L’unità di monitoraggio dell‘EPM offre ancora di più. Serve contemporaneamente come relè di arresto d’emergenza a 2 canali ed è ampliabile con altre funzioni di sicurezza, ad esempio per il controllo della protezione. Pertanto EPM diventa il componente di sicurezza centrale nel concetto di comando della macchina e rende superflui altri relè di monitoraggio per la sicurezza. Come optional, il sistema può essere dotato di diverse interfacce bus di campo. 4. Riepilogo L‘EPM di Gneuss offre la massima sicurezza nel monitoraggio della pressione e grazie alle sue possibilità di smontaggio flessibili diviene parte integrante del comando macchina. Supporta il progettista nell’attuazione della valutazione del rischio richiesta nella direttiva macchine. La misurazione ridondante può reagire a situazioni di sovrappressione non riconosciute dai singoli punti di misurazione malgrado un elevato Performance Level.