Il monitoraggio della qualità ed il controllo dei consumi energetici nelle celle di stagionatura salumi. G. Giuffredi. F. Rovere
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1 Il monitoraggio della qualità ed il controllo dei consumi energetici nelle celle di stagionatura salumi. G.I.A. sas Via Bottego, Felino (Parma) tel: fax: G. Giuffredi F. Rovere Ascon spa Via Falzarego, Baranzate (Milano) Tel Fax Web site : Sommario Le esigenze produttive dell industria moderna, che deve rispondere alla crescente e diffusa richiesta del mercato, unita alla necessità di fornire prodotti rispondenti ai requisiti di qualità e sicurezza alimentare, impongono un controllo accurato del processo produttivo dei salumi ed in particolare dei prosciutti, che solo un sistema di Automazione raffinato può garantire. L automazione però non è limitata al controllo della qualità del prodotto, ma contribuisce non poco all ottimizzazione di tutto il sistema, attraverso la riduzione dei consumi energetici, consentendo risparmio economico e riduzione dell inquinamento. Descrizione Il prosciutto, da sempre considerato il re dei salumi, un tempo era il frutto del lavoro e dell esperienza dei maestri salumieri, i quali lavoravano in autunno nell aia, dove le condizioni climatiche favorivano il processo di salagione, le cosce di maiale, che poi venivano stagionate nelle soffitte della cascina. Era quindi un prodotto stagionale, oggi incompatibile con le esigenze produttive dell industria moderna, che deve rispondere alla crescente e diffusa richiesta del mercato.
2 Fig 1- Le cosce di maiale pronte per la salagione Per riprodurre tutto l anno questi processi, nei primi anni 50 si è iniziato ad utilizzare la tecnologia della climatizzazione nelle tre fasi del sistema: salagione di primo e secondo sale, riposo e stagionatura. Le prime due relativamente brevi, con durata di qualche settimana, a basse temperature, con processi che vanno dai 3 4 C fino al mezzo grado, sempre rigorosamente sopra lo zero. La terza, la stagionatura, lunghissima: e più mesi, ad una temperatura tra i 17 ed i 21 C costanti, rispettando precisi valori di umidità. I primi impianti, rigorosamente manuali, lasciavano al capo salatore la responsabilità di decidere quando e quanto raffreddare e deumidificare le celle, e quale dovesse essere la temperatura da mantenere. Successivamente, sul finire degli anni 50, si introdussero i primi termostati meccanici, che agevolarono il lavoro degli operatori, ma che a causa di una regolazione della temperatura piuttosto grossolana, comportavano scarti di produzione intorno al 30%: valore oggi inaccettabile. La svolta si ebbe con l introduzione della tecnica combinata della produzione del freddo e del caldo, e col miglioramento delle tecnologie costruttive dell isolamento e dei sistemi di produzione caldo/freddo. Ma non era abbastanza: l evidente moltitudine delle variabili in gioco non permetteva ancora una raffinata regolazione, e si passò allora dai termostati meccanici a quelli elettronici e poi ai moderni regolatori PID.
3 I risultati raggiunsero l eccellenza quando si introdusse la regolazione continua della temperatura della cella agendo sul sistema di riscaldamento e mantenendo costanti le frigorie, soluzione ancor oggi ampiamente adottata. Così, agendo su tutte le grandezze che concorrono a modificare le condizione climatiche, gli scarti di produzione si sono abbattuti fino all 1 2%. La tecnologia informatica, con l analisi continua dei dati, il controllo delle filiere di produzione, le verifiche degli enti preposti e l esperienza maturata dai produttori hanno poi fatto il resto. Oggi possiamo usufruire dei sistemi di controllo distribuito in grado di svolgere al meglio le attività di regolazione, gestione delle sequenze, calcoli matematici, integrandosi in architetture di fabbrica basate su sistemi informatici, in ambiente Personal Computer (MES, ERP). Fig 2 La salagione della carne Nelle prime fasi di lavorazione, quelle dette in gergo di sale, l architettura base del sistema d automazione prevede che il regolatore/programmatore detti i tempi e le temperature al sistema caldo/freddo della cella frigorifera. Il programmatore esegue dei cicli marcia/sosta della durata di qualche ora, durante i quali deve seguire
4 scrupolosamente la curva di temperatura impostata. Durante i cicli di marcia il compressore per il raffreddamento delle celle viene comandato da un uscita digitale del sistema di controllo, mentre l inseguimento dei setpoint di temperatura è assicurato dalla modulazione di una valvola proporzionale che agisce sul circuito dell acqua calda che provvede alla regolazione della temperatura dell aria di climatizzazione dell ambiente. L umidità dell aria si abbassa durante la marcia, per poi risalire nella fase di sosta, quando il compressore resta a riposo ed il controllore modula la valvola proporzionale dell acqua calda. Questo ciclo, ripetuto in continuo durante le prime settimane di lavorazione, è fondamentale per la buona riuscita del prodotto finale: durante questa fase il sale ha modo di penetrare all interno del prosciutto, asciugando la carne e prendendo il posto dell acqua all interno delle cosce. Si intuisce la necessità di un sistema di controllo flessibile, in grado di adattarsi alla risposta climatica del locale da controllare, alle condizioni del sistema, al quantitativo di carne lavorata, alle rese termiche delle caldaie, ecc. La tecnica di controllo è la stessa anche nelle fasi successive, dette di preriposo e riposo, con la differenza che la temperatura dell ambiente è di qualche grado più alta. Fig 3 Le cosce di maiale sono diventati prosciutti
5 Nella fase di stagionatura, che erroneamente potremmo pensare la più semplice, il sistema caldo/freddo resta simile: in questa fase è l umidità ad avere la precedenza di regolazione mentre la temperatura deve comunque mantenersi costante durante tutto il periodo di lavorazione. L operatore imposta una finestra di umidità e di temperatura entro la quale il sistema deve stare a riposo. Se le condizioni variano si agisce asciugando l ambiente, facendo attenzione a non far scendere la temperatura al di sotto di quella minima impostata. Se la camera di stagionatura rimane per troppo tempo in condizioni di riposo, per dare omogeneità all ambiente e non creare zone di umidità, si ricorre ad una forzatura ai valori impostati in fase iniziale. E opportuno perciò controllare il tempo massimo di sosta e di marcia: da qui la necessità di utilizzare un sistema di controllo programmabile che sia estremamente flessibile e in grado di effettuare precise regolazioni. Se a queste necessità si aggiungono le richieste specifiche di ciascun produttore e la tendenza ad automatizzare tutte le attività correlate, ecco che la soluzione ideale deve ricadere su di un sistema di controllo versatile, liberamente programmabile, possibilmente uno standard di mercato che unisca prerogative di sequenzialità (PLC) a buona regolazione (regolatori PID). Fig 4 La sala macchine di un impianto di refrigerazione per prosciutti
6 Un ulteriore aspetto da considerare nei sistemi di controllo delle celle di salagione e delle camere di stagionatura è la gestione razionale dei consumi energetici: l energia elettrica ed il gas vanno considerati come materie prime che concorrono alla produzione del prosciutto, alla pari del sale, della carne, della manodopera, per cui si deve cercare di ridurre questi consumi in modo considerevole. Ad esempio, è possibile automatizzare l immissione di aria esterna nel caso in cui le condizioni climatiche siano tali da consentire il raffreddamento anche senza l utilizzo delle centrali frigorifere: a seconda delle impostazioni desiderate dall operatore le finestre dei saloni di stagionatura possono venire aperte ( free cooling ). Sarà così l aria esterna ad entrare nei saloni, a costo zero, proprio come faceva in modo tradizionale il contadino che operava manualmente. Per quanto riguarda il risparmio del gas bisogna considerare che con un attento sistema di recupero del calore, raffreddando il gas dei condensatori delle centrali frigorifere ed i compressori stessi, si riesce ad ottenere durante i periodi di marcia un acqua intorno ai 36 C. Questa temperatura è sufficiente per le celle di salagione, ma non per quelle di stagionatura, le quali necessiteranno di acqua tra i 50 ed i 60 C, ottenibile con un reintegro da parte della caldaia, o meglio di un sistema combinato caldaia/pannelli solari. Il sistema di controllo gestirà la regolazione del calore controllando le temperature dei pannelli, della caldaia e dell accumulatore. Con un corretto approccio è possibile realizzare impianti che riducano sensibilmente i consumi energetici, fino al 20 30% delle soluzioni tradizionali, consentendo risparmio economico e riduzione dell inquinamento. Infine, negli impianti di salagione e stagionatura è fondamentale visualizzare e storicizzare i dati di processo in modo da poter monitorare la quantità e la qualità della produzione. Il sistema di controllo dovrà consentire l acquisizione dei dati del processo, i valori calcolati per la regolazione, il controllo dei consumi energetici e gli allarmi d impianto; pertanto dovrà essere dotato di interfacce di comunicazione di tipo standard (ad es. il protocollo Modbus RTU/TCP), che consentono l integrazione con software di gestione della produzione e controllo della qualità basati su PC. Il software di supervisione dovrà integrare anche il backup dei vari programmi che le unità di controllo locali dovranno eseguire, il nome dell operatore che effettua le variazioni, la gestione e tracciabilità dei lotti di produzione, le procedure dettate dagli enti certificatori, gli allarmi tecnologici via SMS, il controllo via internet. Solo un corretto e moderno approccio impiantistico, che si basa sull esperienza pratica, potrà garantire il conseguimento di questi risultati.
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