Oltre le macchine: come migliorare le prestazioni dell’impianto

Spesso gli impianti vengono ottimizzati una macchina alla volta. Ma funzionano come un unico sistema. Un sistema di raffreddamento e un essiccatore possono funzionare entrambi in modo efficiente, ma nel contempo si spreca un’opportunità: uno rimuove il calore di cui l’altro ha bisogno. Oppure le attrezzature potrebbero funzionare esattamente come previsto, ma le esigenze di produzione nel frattempo sono cambiate. Inoltre, non si tratta di interventi una tantum. Per migliorare le prestazioni dell'impianto è necessario innanzitutto individuare le giuste opportunità, procedere poi con un'implementazione integrata e, infine, migliorare le operazioni nel corso del tempo. Questo è il ragionamento alla base di Better Journey di GEA: Think Better, Build Better e Run Better.

Tre progetti nel settore lattiero-caseario illustrano cosa ciò significhi nella pratica. Ad Arla Foods, un’analisi più ampia dei flussi energetici ha rivelato un’opportunità che andava oltre il singolo spray dryer. Ad Aurivo, i sistemi di lavorazione, riscaldamento e raffreddamento sono stati progettati in modo da integrarsi tra loro, eliminando quasi del tutto la necessità di bruciare olio combustibile per la pastorizzazione. Alla Michigan Milk Producers Association (MMPA), i dati e il supporto costante da parte di esperti contribuiscono a mantenere e migliorare le prestazioni degli essiccatori nel tempo.

Impianti diversi, sfide diverse, ma un unico approccio comune: considerare il quadro d’insieme, trasformarlo in una soluzione integrata e continuare a migliorare man mano che le esigenze di produzione cambiano.

Think Better: porre le domande giuste

Nello stabilimento AKAFA di Arla per la produzione di latte in polvere in Danimarca, Arla e GEA hanno guardato oltre l’essiccatore, considerando la fabbrica nel suo complesso. Un audit energetico completo condotto nel 2018 aveva evidenziato un'opportunità: lo spray dryer richiedeva grandi quantità di calore, mentre altre parti dell'impianto necessitavano di raffreddamento. Due esigenze distinte che potevano diventare parte della stessa soluzione.

Per la prima volta al mondo, Arla e GEA hanno così integrato un sistema a pompa di calore ad alta temperatura GEA AddCool® in uno spray dryer per prodotti lattiero-caseari già attivo. L'energia recuperata dal raffreddamento può ora essere valorizzata e riutilizzata come calore utile. Il sistema riduce del 59% il consumo di gas naturale necessario per produrre l'aria calda richiesta per lo spray drying; se alimentato con energia elettrica da fonti rinnovabili, riduce le emissioni di CO₂ di circa 1.500 tonnellate metriche all'anno.

Come afferma Line Brandt Pedersen, Director, Supply Chain Sustainability presso Arla Foods: "Un insegnamento fondamentale tratto dal progetto AKAFA è che la sostenibilità e i risultati, compresi quelli economici, possono andare di pari passo". Il progetto è partito dalle emissioni, ma alla fine la soluzione ha funzionato su tutti e tre i fronti.

Build Better: mettere in pratica la visione d'insieme

Presso Aurivo, in Irlanda, un approccio simile ha reso quasi superflue le caldaie a olio combustibile per la pastorizzazione. Nel corso di un importante intervento di ammodernamento dello stabilimento lattiero-caseario di Aurivo a Killygordon, GEA stava installando un pastorizzatore di maggiori dimensioni e altre attrezzature per la lavorazione dei liquidi, provvedendo al contempo alla sostituzione di un impianto di refrigerazione ormai obsoleto. Ciò ha offerto l'opportunità di progettare i sistemi in modo che si integrassero tra loro.

Anziché limitarsi a smaltire il calore rilasciato durante il raffreddamento, GEA ha integrato una pompa di calore per recuperare tale energia e portarla a una temperatura utile. L'acqua calda a circa 78°C poteva essere utilizzata per la pastorizzazione. "Non ci siamo limitati a fornire una pompa di calore o un pastorizzatore, ma abbiamo ottimizzato il pastorizzatore per adattarlo all’applicazione con la pompa di calore", spiega Kenneth Hoffmann, Product Manager for Heat Pumps presso GEA. Le caldaie a olio combustibile ora funzionano per circa un'ora alla settimana, il tempo sufficiente per avviare ogni ciclo di processo.

Inoltre, la progettazione ha dovuto adattarsi alle esigenze di un impianto in piena attività; un coordinamento accurato è stato fondamentale. "Uno dei nostri timori principali era quello di dover affrontare tempi di fermo prolungati e di non riuscire a soddisfare le richieste dei nostri clienti", ricorda Stephen Carlin, Engineering Manager di Aurivo. Secondo quanto riferito, durante la messa in servizio non si sono verificate né interruzioni della lavorazione del latte né variazioni della qualità.

L'ampio intervento di ammodernamento ha ridotto le emissioni di CO₂ presso lo stabilimento di Killygordon dell'80%. Tra lavorazione, riscaldamento e raffreddamento, il consumo energetico è diminuito di circa il 12%, mentre la capacità oraria di lavorazione del latte è aumentata dell’80% e i risparmi operativi annuali hanno superato i 347.000 €.

Anche un impianto ben progettato non è in grado di mantenersi automaticamente in condizioni ottimali. I prodotti, i volumi e le condizioni operative continuano a cambiare, il che significa che anche l'ottimizzazione deve proseguire.

Run Better: migliorare nel tempo

Nello stabilimento di MMPA a Ovid, nel Michigan, il turnover degli operatori contribuiva a prestazioni incostanti dello spray dryer. L'avanzato sistema di controllo dei processi GEA OptiPartner ha ridotto la dipendenza delle prestazioni dal singolo operatore, combinando un modello matematico dell'essiccatore con i dati operativi in tempo reale. Il sistema regola automaticamente parametri operativi, quali la temperatura e il flusso d'aria, occupandosi di gran parte delle continue regolazioni di precisione necessarie per mantenere la produzione vicina al livello ottimale.

Si sono registrati benefici in tutte le fasi del processo: la produttività è aumentata e il consumo energetico specifico dell’essiccatore è diminuito del 6,4%. I miglioramenti sono stati mantenuti sin dall'installazione di OptiPartner nel 2021. Ma il sistema non è statico. Può evolversi al variare delle ricette, alla riconfigurazione delle apparecchiature o al mutare delle priorità di produzione.

GEA abbina OptiPartner a Performance Care, un servizio in abbonamento per l’ottimizzazione continua. Uno specialista GEA dedicato collabora con lo stabilimento nel corso del tempo, utilizzando i dati sulle prestazioni per ottimizzare i parametri operativi, risolvere i problemi e individuare ulteriori opportunità. Come afferma Kristina Uhd, Digital Optimization Specialist di GEA: "Il nostro lavoro, in realtà, inizia dopo la messa in servizio". E per Gasper Calandrino, Engineering Director di MMPA, questo rapporto continuativo è fondamentale: "Il grande vantaggio per noi è che abbiamo una risorsa sempre attenta alle prestazioni del sistema e del processo".

Opportunità sempre nuove

Questi progetti illustrano la realtà delle prestazioni degli impianti odierni. Una fabbrica non è solo un insieme di macchinari, ma un sistema di processi che interagiscono tra loro – e che è in continua evoluzione. Un impianto ottimizzato cinque anni fa potrebbe ora svolgere una funzione leggermente diversa.

Né ogni miglioramento richiede necessariamente una nuova installazione di grandi dimensioni – o un nuovo algoritmo. Nel corso della vita operativa di un impianto, possono presentarsi nuove opportunità grazie alla manutenzione, all’aggiornamento delle attrezzature, al retrofit o semplicemente riesaminando un processo progettato anni prima. La messa in servizio rappresenta una tappa fondamentale, ma non è l’ultima decisione in materia di efficienza che un impianto dovrà prendere.

Il lavoro prosegue con tutti e tre i clienti. Arla e GEA stanno valutando l'introduzione graduale di ulteriori spray dryer presso lo stabilimento AKAFA. Presso Aurivo, il progetto è passato dalla fase di realizzazione a quella operativa e GEA fornisce costantemente servizi di assistenza, monitoraggio e ottimizzazione. E presso MMPA, l’esperienza maturata nel controllo avanzato dei processi dello spray dryer è servita a individuare un'altra opportunità: estendere questo approccio agli evaporatori.

In ogni caso, un passo ha portato al successivo. Il miglioramento delle prestazioni di un impianto non è il risultato di una singola tecnologia o decisione. Deriva dal creare una correlazione con l’intero percorso. Nel loro insieme, i tre progetti dimostrano la connessione tra Think Better, Build Better e Run Better: capire l'impianto nel suo complesso significa capire cosa realizzare, mentre l’esperienza derivante dal suo funzionamento indica dove concentrarsi in seguito.

Un impianto non rimane mai fermo e lo stesso vale per il lavoro volto a migliorarlo.