Come una valvola rivoluziona la produzione di alimenti e bevande

È facile sottovalutare l'importanza di una valvola. Eppure, il modo in cui si apre, si chiude e mantiene la propria posizione determina il funzionamento dell’intera linea di produzione: la quantità prodotta, il consumo energetico e il livello di pulizia. Una novità nella gamma di valvole GEA consente ai produttori del settore alimentare e delle bevande di ottenere il massimo dallo spazio, dall’energia e dalle attrezzature di cui già dispongono.

Il modo in cui il mondo beve la birra sta cambiando. I volumi globali non sono più in crescita e si sono stabilizzati a circa 1,9 miliardi di ettolitri all'anno. Allo stesso tempo, la gamma di prodotti che un singolo birrificio deve realizzare continua ad ampliarsi, dalle birre premium al segmento in rapida crescita delle birre analcoliche e a basso tasso alcolico. Nei mercati maturi la pressione è ancora maggiore. La produzione europea è scesa da 367 milioni di ettolitri nel 2019 a 345 milioni nel solo 2024, mentre il numero di birrifici attivi si è stabilizzato a circa 9.700.

La sfida, ovunque, consiste nel ricavare una maggiore varietà da uno spazio già esistente. Gran parte di tale flessibilità viene determinata, sorprendentemente, proprio nel cuore del processo: a livello delle valvole. Negli impianti di produzione alimentare e di bevande, le valvole convogliano i liquidi attraverso una rete di tubazioni e serbatoi, regolano il flusso e contribuiscono a mantenere una separazione sicura tra il prodotto e i liquidi di lavaggio. Che si tratti di uno stabilimento che produce birra, latte o yogurt, le valvole svolgono un ruolo fondamentale nel garantire che la produzione sia sicura, costante ed efficiente. Modificando il modo in cui vengono azionate, tutto il funzionamento del processo cambia.

Azionamento delle valvole con acqua

Negli impianti di produzione di alimenti e bevande, le valvole vengono solitamente azionate tramite aria compressa. GEA Hydract® Actuation Technology utilizza l'acqua all'interno di un circuito chiuso e controllato digitalmente. Il risultato è una valvola che può essere mantenuta esattamente in posizione e regolata con per piccoli incrementi con grande precisione. Ciò si traduce in un minor consumo energetico e in un maggiore controllo. Grazie all’integrazione con i dati in tempo reale provenienti da ogni valvola e alla possibilità di utilizzare i serbatoi esistenti per una gamma più ampia di prodotti finiti, questa soluzione offre ai produttori le opzioni necessarie per affrontare i mercati in continua evoluzione.

L'idea è nata da un ingegnere, Peter Espersen, oggi Senior Director Business Development nella divisione Pure Flow Processing di GEA. Facendo un paragone con i macchinari pesanti, nei quali i sistemi idraulici utilizzano l’olio, era giunto alla seguente conclusione: "L'idraulica tradizionale a olio è una tecnologia che fa ricorso alla forza bruta, progettata essenzialmente per azionare enormi escavatori. Si tratta di alta pressione e portata elevata. Per quanto riguarda la lavorazione degli alimenti, il mio team aveva capito che dovevamo miniaturizzare tutto, anche il concetto di idraulica".

Espersen lo spiega con un'immagine semplice: "Mettendo il dito all'estremità di una pompa da bicicletta e cercando di premere, si noterà che è flessibile. Se la si riempie d'acqua da entrambi i lati, non c'è niente da fare. È praticamente bloccata". Poiché l'acqua non è comprimibile, la valvola mantiene la propria posizione con precisione, anziché limitarsi semplicemente ad aprirsi e chiudersi.

Tuttavia, ci sono voluti anni di sviluppo in silenzio e lontano dai riflettori per dimostrare che potesse funzionare a livello di una valvola sanitaria. Oggi, il posizionamento in sede rientra in un margine di 0,03 millimetri rispetto al valore target, e un ciclo completo di regolazione richiede mezzo secondo.

La gamma GEA VARIVENT® continua a migliorare

GEA sta integrando questa tecnologia nella sua consolidata gamma di valvole GEA VARIVENT® destinate alla produzione di alimenti e bevande, partendo dai modelli più diffusi per poi estenderla progressivamente. Per i produttori, ciò significa adottare un azionamento idraulico ad acqua senza dover passare a un sistema di valvole separato.

L'introduzione parte da dove l'impatto è più immediato: tre dei modelli di valvole GEA VARIVENT® più diffusi (per applicazioni di intercettazione, deviazione e mix-proof) coprono già la maggior parte dei processi relativi agli alimenti liquidi. Da lì, l’obiettivo è quello di estendere l’azionamento idraulico all’intera gamma GEA VARIVENT®, includendo anche le valvole asettiche nell'aggiornamento.

L'importanza delle valvole per i birrifici

Il mercato della birra sta subendo una contrazione e questo sta spingendo i produttori a ripensare la propria offerta. Alcune aziende, come Krombacher, stanno aggiungendo bevande completamente diverse alla propria gamma di prodotti. Altri, come Störtebeker, offrono ora un’ampia gamma di birre a basso tasso alcolico o analcoliche. Oltre alla crescente varietà, i produttori di birra devono far fronte a obiettivi di sostenibilità sempre più rigorosi e a una pressione costante sui costi operativi. Per produrre tutta questa varietà in modo efficiente, è fondamentale il tempismo, ovvero il momento in cui ogni birra assume la sua forma definitiva. Il controllo preciso delle valvole consente a un birrificio di mantenere un numero limitato di birre base e di miscelarle per ottenere le varietà finali appena prima dell'imbottigliamento. Nel settore questo fenomeno è noto come: differenziazione finale del prodotto. Ciò significa meno serbatoi da riempire e pulire e una minore quantità di birra pronta da conservare.

Carlsberg: più varietà di prodotti, meno serbatoi

"Nel suo impianto di Fredericia, in Danimarca, Carlsberg ha ripensato il modo in cui la birra passa dal serbatoio alla bottiglia", spiega Bastian Tolle, Vice President Business Development and Digitalization, Business Unit Valves & Pumps. "L'impianto ora miscela alcune birre base concentrate con acqua e altri ingredienti durante il passaggio alla linea di imbottigliamento, grazie alle valvole che regolano ogni miscela in base alla ricetta esatta".

Il cambiamento si riflette nel numero di serbatoi: in passato, Carlsberg conservava 39 varietà di birra in 26 serbatoi per birra finita. Questi servivano a conservare la birra prima del confezionamento, ma venivano riempiti in media solo per il 54%. La linea riprogettata produce le stesse varietà partendo da 8 a 10 birre base e utilizzando solo 14 serbatoi, riempiti al 90% della loro capacità. Ciò significa un numero molto inferiore di serbatoi da pulire e un utilizzo molto più efficiente dello spazio. I costi di pulizia, grazie al minor numero di serbatoi, sono diminuiti di circa il 55% e il birrificio ottiene una maggiore capacità utilizzabile, stimata tra l'86 e il 160%, senza aggiungere nemmeno un serbatoio.

"I test delle valvole idrauliche hanno superato le nostre aspettative", afferma Anders Kokholm, Brewery Director, Carlsberg Supply Company Denmark. "La precisione e l’affidabilità ottenute con le valvole idrauliche rispetto a quelle pneumatiche consentono un approccio completamente nuovo alla produzione efficiente della birra. Questo cambia radicalmente il modo in cui potremo produrre la birra in futuro".

Da qui deriva il valore strategico. Un numero inferiore di serbatoi in uso comporta una minore necessità di pulizia e, di conseguenza, un minor consumo di acqua, energia e prodotti chimici; in questo modo i costi operativi diminuiscono, mentre il profilo di sostenibilità migliora. L'investimento iniziale più elevato richiesto dall'azionamento idraulico si ammortizza in genere entro cinque o sei anni, e ancora più rapidamente negli impianti di nuova costruzione che non prevedono l'installazione di una rete di aria compressa.

Il risparmio energetico è massimo quando il compressore passa in secondo piano

L'utilizzo dell'acqua al posto dell'aria compressa per azionare le valvole riduce il fabbisogno di energia elettrica di Carlsberg di oltre il 90%. Il motivo è semplice: l'aria compressa richiede un compressore in funzione 24 ore su 24, mentre il sistema ad acqua necessita solo di una piccola pompa per pochi minuti al giorno. Per Carlsberg ciò ha significato sostituire un compressore da 250 kilowatt con un motore da 2,2 kilowatt, più o meno la potenza di un bollitore elettrico, risparmiando circa 5.700 chilowattora al giorno. In un anno, il risparmio ammonta a circa due milioni di chilowattora.

Ogni valvola è una fonte di dati in tempo reale

La precisione offre un secondo vantaggio. Poiché un attuatore idraulico mantiene la posizione con precisione e la controlla in modo digitale, sappiamo sempre dove si trova e cosa ha fatto. Ogni movimento viene registrato, trasformando così ogni valvola in una fonte di dati in tempo reale sul processo e sul proprio stato. "Sappiamo esattamente cosa ha fatto la valvola in ogni momento e se il sistema funziona o meno", afferma Espersen. "Si tratta di un monitoraggio dello stato del nostro prodotto." Tale visibilità consente a un impianto di individuare l'usura delle guarnizioni prima che si verifichi un guasto e di pianificare la manutenzione in base ai dati effettivi anziché a un calendario prestabilito. In uno stabilimento che produce una vasta gamma di prodotti, questo livello di trasparenza aiuta gli operatori a pianificare in anticipo gli interventi di manutenzione, il che si traduce in una riduzione dei tempi di fermo nella produzione.

L'importanza delle valvole nella lavorazione dei prodotti lattiero-caseari

Nel settore lattiero-caseario, il punto di partenza è diverso. Il latte è una materia prima di alto valore, deperibile e viva. L'azzeramento degli sprechi e il rigoroso controllo dei processi sono una priorità costante. Gli stabilimenti lattiero-caseari seguono rigorosi programmi di pulizia e devono rispettare standard igienici che pochi altri settori alimentari riescono a eguagliare. Ciò significa che qualsiasi tecnologia introdotta nel processo deve dimostrarsi all’altezza in termini di affidabilità e controllo.

"È proprio qui che l’aspetto digitale dell’azionamento idraulico assume la massima importanza", afferma Frederik Wellendorph, Sales Director Hydract Technology per GEA. "Poiché ogni movimento delle valvole viene registrato, questa tecnologia trasmette i dati relativi alla posizione delle valvole ai sistemi di monitoraggio dell’impianto, rafforzando la tracciabilità del processo e fornendo agli operatori un quadro costante delle prestazioni di ciascuna valvola. Gli stessi dati sono utili per la manutenzione basata sulle condizioni."

Una regolazione precisa apporta ulteriore valore aggiunto. Mantenere una valvola esattamente al setpoint garantisce un dosaggio continuo e una standardizzazione più accurata del prodotto finito. Consente inoltre una successiva differenziazione del prodotto in alcune fasi del processo, come la miscelazione di diversi tenori di grasso nella riempitrice o il dosaggio della frutta nello yogurt di base. "Nel settore lattiero-caseario questi miglioramenti tendono a concentrarsi in aree specifiche di uno stabilimento, piuttosto che a ridefinire l’intera linea di produzione, come invece può accadere nel settore della produzione della birra. Ma stiamo valutando attentamente in quali ambiti possano essere applicati."

Ripensare le esigenze di un impianto

Quello che era iniziato come un modo per azionare una valvola con un minor dispendio di energia ha dato il via a un dibattito più ampio su come viene costruito un impianto e su cosa sia effettivamente in grado di produrre. Dalla produzione di birra a quella lattiero-casearia, un semplice passaggio dall’aria all’acqua nella progettazione delle valvole GEA offrirà ai clienti maggiori opzioni e garantirà notevoli risparmi sui costi proprio nel momento in cui ne hanno più bisogno.