Saint-Gobain riduce l'impronta di carbonio del cartongesso
La produzione di cartongesso si basa su un controllo preciso dell'umidità, pertanto misurare in modo accurato temperatura e umidità durante il processo di essiccazione è essenziale. Tuttavia, le condizioni di processo variano notevolmente in un breve lasso di tempo, rappresentando una sfida per molti sensori presenti sul mercato. Per migliorare l'efficienza e la sostenibilità di questo processo, gli ingegneri di Saint-Gobain in Francia hanno collaborato strettamente con Vaisala per sviluppare soluzioni di monitoraggio volte a ottimizzare la qualità del cartongesso, migliorare l'efficienza, ridurre il consumo energetico e incrementare la sostenibilità.
Contesto
Numerosi processi industriali prevedono operazioni di essiccazione, che sono spesso la fase più energivora; pertanto, un monitoraggio e un controllo accurati dell'essiccazione possono offrire un significativo potenziale di miglioramento.
Il cartongesso ha avuto un enorme impatto sul settore edile a livello globale da quando è stato introdotto all'inizio del XX secolo. Leggero, facile da installare, resistente all'umidità, al fuoco e alle muffe, e con buone proprietà isolanti, il cartongesso è diventato il materiale da costruzione più diffuso al mondo per pareti e controsoffitti interni, dopo il calcestruzzo.
Saint-Gobain è leader mondiale nell'edilizia leggera e sostenibile, con circa 161.000 dipendenti e oltre 1.100 stabilimenti produttivi. Impegnata in varie iniziative globali per la sostenibilità, Saint-Gobain ha l'obiettivo di raggiungere zero emissioni entro il 2050 e riassume la sua mission con lo slogan "Make the World a Better Home".
Lo sviluppo dei marchi specializzati nel gesso di Saint-Gobain ha avuto inizio con l'acquisizione di British Plaster Board nel 2005. Attualmente, la società mira principalmente al miglioramento della produzione di cartongesso, con l'incremento della qualità del prodotto e la riduzione dell'impronta di carbonio.
Saint-Gobain controlla tre parametri durante il processo di essiccazione: temperatura, flusso d'aria e umidità dell'aria. Tuttavia, la gestione accurata di questi controlli dipende dalla misurazione precisa dell'aria all'interno degli essiccatori.
La sfida della misurazione
La produzione di cartongesso prevede il versamento di miscela di gesso sul cartone, l'essiccamento della miscela e l'aggiunta di un secondo strato di cartone per ottenere una struttura a sandwich. Il gesso viene essiccato e tagliato in pannelli prima di passare nei forni di essiccazione così da ottenere il contenuto corretto di umidità. La durata dell'intero processo può essere inferiore a un'ora, durante la quale è possibile che il prodotto venga esposto a temperature fino a 300 °C, a seconda del processo, e che il contenuto di umidità dell'aria cambi notevolmente. "Queste condizioni rappresentano una sfida importante per i sensori", spiega Jérôme Cantonnet, team leader del processo di essiccazione presso Saint-Gobain. "Inizialmente ci siamo rivolti a diversi fornitori di sensori di umidità e temperatura, riscontrando che i loro prodotti non garantivano la precisione necessaria".
Saint-Gobain è stata tra le prime aziende a utilizzare la misura del punto di rugiada nell'essiccazione del cartongesso. Ha scelto i sensori del punto di rugiada perché forniscono una misura assoluta dell'umidità nell'aria, a differenza dell'umidità relativa che cambia con la temperatura. Sul mercato non esistono sensori del punto di rugiada simili in grado di resistere a temperature elevate fino a +350 °C, Saint-Gobain ha quindi avviato una collaborazione con Vaisala intorno al 2010, lavorando in partnership per adattare i sensori del punto di rugiada di Vaisala alle esigenze specifiche della produzione di cartongesso.
Per Saint-Gobain è di fondamentale importanza poter valutare l'affidabilità delle misurazioni accedendo ai dati diagnostici dei sensori e monitorandoli. Vaisala ha quindi sviluppato una configurazione personalizzata della sonda DMP6 per punto di rugiada, temperatura e umidità, in modo da fornire questi parametri.
In genere, un impianto di produzione di cartongesso necessita di quattro sonde DMP6: tre per monitorare in modo continuo i forni di essiccazione e una quarta per la calibrazione e di riserva.
Vantaggi dei sensori del punto di rugiada di Vaisala
La sonda DMP6 di Vaisala supera molti problemi riscontrati nelle prime prove con sensori di umidità di altri fornitori, grazie principalmente alla tecnologia DRYCAP® di Vaisala
che combina un sensore polimerico capacitivo a film sottile con una funzione di auto-taratura. Il polimero a film sottile del sensore assorbe o rilascia vapore acqueo con l'incremento o il decremento dell'umidità circostante. Ciò determina una variazione della capacitanza, che viene convertita in lettura dell'umidità. Il sensore polimerico capacitivo è collegato a un sensore di temperatura e il punto di rugiada viene calcolato dalle letture di umidità e temperatura.
I vantaggi dei sensori DRYCAP sono la resistenza alla condensa, dovuta ai materiali del sensore, e una funzione di riscaldamento aggiuntiva che accelera l'essiccazione del sensore in un ambiente soggetto a condensa. DRYCAP garantisce anche l'immunità alla contaminazione da particolato, vapore d'olio e gran parte delle sostanze chimiche. Se si bagna, il sensore asciuga velocemente e recupera il rapido tempo di risposta. In condizioni di bassa umidità, il sensore si auto-tara per garantire misurazioni precise, affidabili e stabili.
"La sonda DMP6 di Vaisala si è rivelata una soluzione molto efficace", spiega Jérôme. "È in grado di mantenere la precisione su un'ampia gamma di temperature, con deriva limitata e interventi di manutenzione molto ridotti". Misura direttamente all'interno del forno, eliminando la necessità di una linea di campionamento e velocizzando il tempo di risposta", aggiunge.
L'efficienza energetica è il fattore principale per garantire un elevato livello di precisione nella misura dell'umidità all'interno dei forni di essiccazione. Ad esempio, Jérôme afferma: "Un piccolo calo nella precisione del punto di rugiada, diciamo di ±2 °C, potrebbe causare una perdita di efficienza energetica anche del 10%. Ciò è estremamente rilevante considerando che l'impianto di Parigi ha un consumo di energia superiore a 30 MW".
I forni di essiccazione negli impianti di produzione di cartongesso sono generalmente alimentati a gas naturale con ventole elettriche. Grazie all'implementazione di soluzioni precise di monitoraggio e controllo, è possibile passare dal funzionamento a pieno regime dei forni a una gestione che ottimizzi l'efficienza energetica. Inoltre, in linea con gli obiettivi di decarbonizzazione, Saint-Gobain ha già completamente elettrificato due dei suoi stabilimenti.
Guardando al futuro
Dalla partnership a lungo termine tra Vaisala e Saint-Gobain è nata una soluzione di misura in grado di soddisfare le esigenze specifiche della produzione di cartongesso. Tale soluzione è stata implementata da Saint-Gobain applicando le buone pratiche nell'utilizzo dei sensori e promuovendo l'obiettivo di efficienza energetica negli impianti del gruppo a livello globale.
"È una dimostrazione di come siamo alla continua ricerca di soluzioni in risposta alle sfide ambientali", spiega Jérôme Cantonnet.
Juhani Lehto di Vaisala commenta: "Siamo felici di aver instaurato questa relazione con Saint-Gobain. Non solo perché ci ha permesso di sviluppare ulteriormente i nostri prodotti, ma anche perché Saint-Gobain e Vaisala condividono obiettivi comuni in termini di sostenibilità. La nostra mission si riassume nella frase "Taking every measure for the planet", quindi è fantastico poter contribuire ad aiutare Saint-Gobain nel percorso verso la neutralità carbonica".
Immagine principale: trasmettitore Indigo520 di Vaisala e sonda del punto di rugiada DMP6 utilizzati per monitorare le condizioni di umidità nei forni di essiccazione del cartongesso.
Crediti per immagini: Saint-Gobain
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Sonda del punto di rugiada DMP6