كيف يُحدث الصمام تغييرًا جذريًّا في طريقة تصنيع الأطعمة والمشروبات

من السهل التغافل عن الصمام. ومع ذلك، فإن الطريقة التي يفتح ويغلق بها، ويحافظ على وضعه هي التي تحدد كيفية عمل خط الإنتاج بأكمله: كم يُنتج، وكم يستهلك من الطاقة، ومدى نظافته. تتيح الإضافة الجديدة إلى مجموعة صمامات GEA لمنتجي الأغذية والمشروبات تحقيق أقصى استفادة من المساحة، والطاقة، والمعدات المتوفرة لديهم بالفعل.

الطريقة التي يشرب بها الناس البيرة في العالم آخذة في التغير. توقف نمو الحجم الإجمالي، واستقر عند حوالي 1.9 مليار هكتولتر سنويًا. إلى جانب ذلك، تتسع باستمرار مجموعة المنتجات التي يتعين على مصنع الجعة الواحد إنتاجها، بدءًا من الأنواع الفاخرة وصولاً إلى قطاع المشروبات الخالية من الكحول، أو منخفضة الكحول الذي يشهد نموًا سريعًا. في الأسواق الناضجة، يكون الضغط أكثر حدة. انخفض الإنتاج الأوروبي من 367 مليون هكتولتر في عام 2019 إلى 345 مليون في عام 2024 وحده، في حين أن عدد مصانع الجعة العاملة عند استقر حوالي 9,700 مصنع جعة.

يكمن التحدي، في كل مكان، في تحقيق تنوع أكبر في المساحة المتاحة بالفعل. يُحدَد جزء كبير من هذه المرونة، بشكل مثير للدهشة، في مرحلة عميقة من المعالجة: على مستوى الصمام. في جميع مصانع الأغذية والمشروبات، تعمل الصمامات على توجيه السوائل عبر شبكة من الأنابيب والخزانات، وتنظيم التدفق، والمساعدة في الفصل الآمن بين المنتج، وسوائل التنظيف. سواء كان المصنع ينتج البيرة، أو الحليب، أو الزبادي، فإن الصمامات تلعب دورًا مباشرًا في ضمان سلامة الإنتاج، واتساقه، وكفاءته. إذا قمت بتغيير طريقة تشغيل تلك الصمامات، فستغير ما يمكن أن تحققه عملية المعالجة برمتها.

تشغيل الصمامات بالماء

في مصانع الأغذية والمشروبات، تُشغّل الصمامات عادةً باستخدام الهواء المضغوط. تعمل GEA Hydract® Actuation Technology على تحريك الصمامات باستخدام الماء بدلاً من ذلك، وذلك ضمن دائرة مغلقة يتم التحكم فيها رقميًا. والنتيجة هي صمام يمكن تثبيته بدقة في مكانه، وتوجيهه بخطوات دقيقة. وينتج عن ذلك انخفاض في استهلاك الطاقة، وتحسين مستوى التحكم. وبالاقتران مع البيانات المباشرة الواردة من كل صمام، بالإضافة إلى حرية استخدام الخزانات الموجودة لتغطية مجموعة أوسع من المنتجات النهائية، يمنح هذا الحل المنتجين الخيارات التي يحتاجونها للتعامل مع الأسواق المتغيرة.

تعود الفكرة إلى مهندس واحد هو بيتر إسبيرسن، الذي يشغل اليوم منصب المدير الأول لتطوير الأعمال في قسم "Pure Flow Processing" التابع لـ GEA. فهو يقارن الصمامات بالآلات الثقيلة، حيث تستخدم الأنظمة الهيدروليكية الزيت: "تُعد الأنظمة الهيدروليكية التقليدية التي تستخدم الزيت تقنية تعتمد على القوة الخام، وهي مصممة أساسًا لتحريك الحفارات الضخمة. الأمر يتعلق بالضغط المرتفع، والتدفق العالي. فيما يتعلق بتجهيز الأغذية، كان فريقي يدرك أنه يتعين علينا تصغير كل شيء، وتصغير نطاق التفكير الهيدروليكي."

يشرح إسبيرسن الأمر باستخدام صورة بسيطة: "إذا كان لديك منفاخ دراجات، ووضعت إصبعك على طرفه، وحاولت الضغط عليه، فستجده مرنًا. وإذا ملأته بالماء من كلا الجانبين، فلن تتمكن من فعل أي شيء. سيكون مقفل فحسب." ونظرًا لأن الماء لا ينضغط، فإن الصمام يحافظ على موضعه بدقة بدلاً من الاكتفاء بالفتح، والإغلاق.

ومع ذلك، فقد استغرق الأمر سنوات من العمل الهادئ، وغير المُلفت لإثبات أن هذا قابل للتحقيق على مستوى الصمام الصحي. اليوم، تصل دقة تحديد موضع المقعد إلى 0.03 ملم من الهدف، وتستغرق دورة الضبط الكاملة نصف ثانية.

تزداد مجموعة منتجات GEA VARIVENT® تميزًا

تدمج GEA هذه التكنولوجيا في مجموعتها الراسخة من الصمامات GEA VARIVENT® المخصصة لإنتاج الأغذية والمشروبات، بدءًا من أنواع الصمامات الأكثر استخدامًا، ثم التوسع لتغطية بقية الطرازات. وبالنسبة للمنتجين، يعني ذلك اعتماد نظام تشغيل مائي هيدروليكي دون الحاجة للانتقال إلى نظام صمامات منفصل.

يبدأ طرح المنتج في المجالات التي يكون فيها التأثير فوريًا: حيث تغطي ثلاثة من أكثر أنواع صمامات GEA VARIVENT® استخدامًا (تطبيقات الإغلاق، والتحويل، ومنع الاختلاط) بالفعل معظم عمليات تصنيع الأغذية السائلة. ومن هناك، تتمثل الخطة في توسيع نطاق استخدام التشغيل الهيدروليكي ليشمل كامل مجموعة منتجات GEA VARIVENT® ، مع إدراج الصمامات المعقمة أيضًا في خطة العمل الخاصة بهذه الترقية.

لماذا تهتم مصانع الجعة بالصمامات

سوق البيرة آخذ في التقلص، ويدفع هذا شركات تصنيع الجعة إلى إعادة النظر في منتجاتها. وهناك من يضيفون، مثل Krombacher، مشروبات مختلفة تمامًا إلى مجموعة منتجاتهم. وهناك علامات تجارية أخرى، مثل Störtebeker، تقدم الآن تشكيلة واسعة من أنواع البيرة منخفضة الكحول، أو الخالية من الكحول. وبالإضافة إلى التنوع المتزايد، يواجه صانعو الجعة أهدافًا أكثر صرامة في مجال الاستدامة، وضغوطًا مستمرة على تكاليف التشغيل. كما يعتمد إنتاج كل هذا التنوع بكفاءة على التوقيت، أي على اللحظة التي تتخذ فيها كل بيرة شكلها النهائي. ويتيح التحكم الدقيق في الصمامات لمصنع الجعة الاحتفاظ بعدد قليل من أنواع الجعة الأساسية، ومزجها لتكوين أنواع جاهزة قبل التعبئة مباشرة. يُطلق القطاع على هذه العملية اسم: التمايز المتأخر للمنتج. وهذا يعني عددًا أقل من الخزانات التي يتعين ملؤها، وتنظيفها، وكمية أقل من البيرة الجاهزة المخزنة.

كارلسبيرغ: تنوع أكبر في المنتجات، وعدد أقل من الخزانات

يوضح باستيان تول، نائب رئيس قسم تطوير الأعمال والرقمنة في وحدة أعمال الصمامات والمضخات: "في مصنع الجعة Carlsberg في فريدريسيا، الدنمارك، أعادوا النظر في الطريقة التي تنتقل بها البيرة من الخزان إلى الزجاجة. يقوم المصنع الآن بخلط عدد قليل من أنواع البيرة الأساسية المركزة مع الماء، ومكونات أخرى، أثناء تدفقها نحو خط التعبئة، حيث تعمل الصمامات على ضبط كل مزيج وفقًا للوصفة الدقيقة."

ويظهر هذا التغيير في عدد الخزانات: كانت Carlsberg تحتفظ بـ 39 نوعًا من البيرة في 26 خزانًا للبيرة المصفّاة. وكانت تخزّن البيرة قبل تعبئتها، لكنها لم تكن ممتلئة إلا بنسبة 54 في المائة في المتوسط. تنتج الخطوط التي أعيد تصميمها نفس الأصناف من 8 إلى 10 أنواع من البيرة الأساسية في 14 خزانًا فقط، يتم ملؤها بنسبة 90 في المائة من سعتها. وهذا يعني عددًا أقل بكثير من الخزانات التي يتعين تنظيفها، واستغلالًا أفضل بكثير للمساحة. انخفضت تكاليف التنظيف بسبب انخفاض عدد الخزانات بنسبة تبلغ حوالي 55%، ويستفيد مصنع الجعة من زيادة في السعة القابلة للاستخدام تقدر بنسبة تتراوح بين 86 و160 في المائة دون إضافة أي خزان جديد.

يقول أندرس كوكهولم، مدير مصنع الجعة في Carlsberg Supply Company بالدنمارك: "لقد فاقت نتائج اختبارات الصمامات الهيدروليكية توقعاتنا. إن الدقة، والموثوقية اللتين تتحققان باستخدام الصمامات الهيدروليكية مقارنةً بالهواء المضغوط تتيحان اتباع نهج جديد تمامًا لإنتاج البيرة بكفاءة. وتغيّر بشكل جذري الطريقة التي سنتمكن بها من إنتاج البيرة في المستقبل."

ومن هنا تنبع القيمة الاستراتيجية. انخفاض عدد الخزانات المستخدمة يعني تقليل عمليات التنظيف، وبالتالي تقليل استهلاك المياه، والطاقة، والمواد الكيميائية، مما ينتج عنه انخفاض تكاليف التشغيل، وتحسين مؤشرات الاستدامة. عادةً ما يتم استرداد تكلفة الاستثمار الأوَّلي الأعلى في أنظمة التشغيل الهيدروليكية في غضون خمس إلى ست سنوات، بل وأسرع من ذلك في المصانع الجديدة التي لم يتم فيها تركيب شبكة هواء مضغوط مطلقًا.

ترتفع معدلات توفير الطاقة بشكل كبير عندما يتراجع دور الضاغط

يؤدي تشغيل الصمامات بالماء بدلاً من الهواء المضغوط إلى خفض استهلاك Carlsberg من الكهرباء بنسبة تزيد عن 90 في المائة. والسبب بسيط: فالهواء المضغوط يعتمد على ضاغط يعمل على مدار الساعة، في حين أن نظام المياه لا يحتاج سوى لمضخة صغيرة تعمل لبضع دقائق في اليوم. وفي Carlsberg، تعني هذه الخطوة استبدال ضاغط بقدرة 250 كيلوواط بمحرك بقدرة 2.2 كيلوواط، أي ما يعادل تقريبًا قدرة غلاية كهربائية، مما يوفر حوالي 5,700 كيلوواط-ساعة يوميًا. وعلى مدار عام، يصل إجمالي ذلك إلى حوالي مليوني كيلوواط-ساعة.

كل صمام هو مصدر للبيانات في الوقت الفعلي

توفر الدقة ميزة ثانية. نظرًا لأن المشغل الهيدروليكي يحافظ على موضعه بدقة، ويتحكم في هذا الموضع رقميًا، فإنه يعرف دائمًا مكانه، وما قام به. يتم تسجيل كل حركة، مما يحول كل صمام إلى مصدر مباشر للبيانات المتعلقة بالعملية، وبحالته. يقول إسبيرسن: "نعرف بالضبط ما الذي قام به الصمام في أي لحظة من الزمن، وما إذا كان النظام يعمل أم لا. إنها عملية مراقبة لحالة منتجنا الخاص." وتتيح هذه الرؤية للمصنع اكتشاف تآكل مانعات التسرب قبل تعطلها، والتخطيط لأعمال الصيانة بناءً على المؤشرات الملموسة بدلاً من الالتزام بجدول زمني محدد. في مصنع يُنتج العديد من المنتجات المختلفة، يساعد هذا المستوى من الشفافية المشغلين على توقع احتياجات الصيانة، مما يعني تقليل فترات توقف الإنتاج.

لماذا تُعد الصمامات عنصرًا حاسمًا في معالجة منتجات الألبان

في قطاع الألبان، تختلف نقطة البداية. الحليب مادة خام حية وعالية القيمة، وقابلة للتلف، وسريعة الفساد. ويُعد عدم توليد النفايات، والتحكم الدقيق في العمليات من الشواغل المستمرة. وتطبق مصانع الألبان أنظمة تنظيف صارمة، وتلتزم بمعايير النظافة التي لا يضاهيها سوى عدد قليل من الصناعات الغذائية الأخرى. وهذا يعني أن أي تقنية تدخل في هذه العملية يجب أن تثبت جدارتها من حيث الموثوقية، والتحكم.

يقول فريدريك ويلندورف، مدير المبيعات في قسم Hydract Technology التابع لـ GEA: "هذا هو المجال الذي يبرز فيه الجانب الرقمي للتشغيل الهيدروليكي بأكبر قدر من الأهمية. نظرًا لأن كل حركة للصمام تُسجَل، فإن هذه التكنولوجيا تزود أنظمة المراقبة في المصنع ببيانات موضع الصمامات، مما يعزز إمكانية تتبع العمليات، ويوفر للمشغلين قراءة مستمرة لأداء كل صمام. وتدعم تلك البيانات نفسها مفهوم الصيانة القائمة على الحالة."

يضيف الضبط الدقيق قيمة إضافية. الحفاظ على الصمام عند نقطة الضبط المحددة بدقة يضمن التوزيع المستمر للجرعات، وتوحيدًا أكثر دقة للمنتج النهائي. كما أنه يتيح التمييز المتأخر بين المنتجات في مراحل محددة من العملية، مثل مزج أصناف مختلفة من الدهون في مرحلة التعبئة، أو إضافة الفاكهة بكميات محددة إلى الزبادي القاعدي. "في صناعة الألبان، غالبًا ما تقتصر هذه المكاسب على أجزاء محددة من المصنع، بدلاً من إعادة تشكيل الخط بأكمله كما هو الحال في صناعة الجعة. لكننا نبحث بجدية في المجالات التي يمكن تطبيقها فيها."

إعادة النظر في احتياجات المصنع

ما بدأ كوسيلة لتحريك صمام باستهلاك طاقة أقل أدى إلى فتح نقاش أوسع حول كيفية بناء المحطة، وما يمكنها إنتاجه فعليًّا. من صناعة الجعة إلى منتجات الألبان، خطوة بسيطة بالتحول من الهواء إلى الماء في هندسة الصمامات التي توفرها GEA، ستمنح العملاء المزيد من الخيارات، وتحقق وفورات هائلة في التكاليف في وقت هم في أمس الحاجة إليها.