Sistemi di pesatura e di dosaggio a batch

Per pesare e dosare materiali sfusi, esistono due metodi di dosaggio a batch principali

loss-in-weight and gain-in-weight batching methods illustratedGeneralmente, tutti i produttori di miscele utilizzano le fasi intermedie del processo di trasferimento e pesatura o dosaggio a batch dei singoli ingredienti sulla base della relativa percentuale di peso in una miscela. A seconda di tale percentuale, i materiali vengono categorizzati come principali, secondari e micro.

Un impianto di dosaggio a batch a incremento di peso (GIW) comprende dispositivi di misurazione volumetrica quali dosatori a vite o valvole, che immettono il prodotto in una tramoggia su celle di carico. Il sistema di dosaggio a batch a perdita di peso (LIW) impiega dispositivi di dosaggio gravimetrici, quali dosatori a vibrazione o a vite a perdita di peso, montati su celle di carico o bilance individuali. Nei casi che prevedono l'impiego di piccole quantità di micro ingredienti, possono essere utilizzati entrambi i metodi: i dosatori LIW per micro ingredienti e ingredienti secondari e i dosatori GIW per gli ingredienti principali.

Principio di dosaggio a batch incremento di peso

I dosatori volumetrici sono spesso utilizzati nelle applicazioni a incremento di peso (GIW) per l’erogazione e la pesatura a batch controllate di materiali secchi sfusi. Il dosaggio a batch può avvenire direttamente in contenitori per materiali sfusi intermedi (IBC), in tramogge o in bidoni. Gli ingredienti dosati a batch possono inoltre essere erogati direttamente in mescolatori a batch. Quando tra gli ingredienti dosati a batch ne esistono di pericolosi, è necessario un dispositivo di dosaggio a batch nel quale gli ingredienti possano essere facilmente contenuti per eliminare qualunque forma di esposizione dell'operatore o dell’ambiente al prodotto.

Nel dosaggio GIW, i dispositivi di misurazione volumetrica immettono in sequenza più ingredienti in una tramoggia di raccolta montata sulle celle di carico. Ciascun dosatore trasferisce circa il 90% del peso degli ingredienti ad alta velocità, rallentando verso la fine del ciclo per erogare il rimanente 10% a velocità ridotta (spesso definita "modalità di gocciolamento") per assicurare una maggiore precisione.

Il sistema di controllo GIW monitora il peso di ciascun ingrediente e indica ad ogni dosatore volumetrico il momento di avviarsi, di aumentare o ridurre la velocità, oppure di arrestarsi a seconda dei casi. Una volta che tutti gli ingredienti sono stati trasferiti, il dosaggio a batch è completo e la miscela viene scaricata nel processo che segue.

Principio di dosaggio a batch a perdita di peso

Il dosaggio a batch LIW viene utilizzato quando i singoli ingredienti devono essere pesati con maggiore precisione o quando i tempi dei cicli di dosaggio a batch devono essere molto brevi. I dosatori gravimetrici, che funzionano contemporaneamente in modalità batch, immettono più ingredienti in una tramoggia di raccolta. La regolazione della velocità di trasferimento (acceso/spento, lento/veloce) avviene mediante i comandi del dosatore LIW. Dal momento che ogni dosatore dispone del proprio sistema di pesatura dedicato, il sistema di dosaggio a batch LIW trasferisce batch altamente precisi di ciascun ingrediente.

Una volta che tutti gli ingredienti sono stati trasferiti, il dosaggio è completo e la miscela viene scaricata nel processo che segue. Poiché tutti gli ingredienti vengono misurati contemporaneamente, non saranno presenti stratificazioni di ingredienti e i tempi totali di dosaggio, nonché ulteriori tempi di processo a valle, risulteranno notevolmente ridotti.

Si preferisce questo metodo di dosaggio a batch in caso di utilizzo di micro ingredienti, poiché la formula e la necessità di controllare il costo di ingredienti dispendiosi richiedono spesso una pesatura molto precisa.

Confronto tra incremento di peso (GIW) e perdita di peso (LIW)

Le dimensioni del batch, la quantità e le caratteristiche dei materiali e le esigenze di precisione influenzano la scelta del sistema di dosaggio a batch più adeguato tra quello a perdita di peso e quello a incremento di peso. Utilizzando il metodo di pesatura a batch GIW, si possono prevedere generalmente livelli di precisione pari allo +/- 0,5% della capacità totale della bilancia. Il dosaggio LIW garantisce valori pari allo +/- 0,1-0,5% del valore di peso fissato per il batch (vedere tabella).

Grafico di confronto: dosaggio a batch a perdita di peso e a incremento di peso
Requisiti Dosaggio a batch a perdita di peso Dosaggio a batch a incremento di peso
Precisione 0,1-0,5% del valore di peso fissato per il batch 0,5% o superiore rispetto alla capacità totale della bilancia o delle celle di carico
Dosaggio a batch di ingredienti singoli Migliore Buono - Dipende dal confronto tra le dimensioni del batch e la capacità totale della bilancia e, in misura notevole, dal confronto tra le dimensioni del contenitore rispetto alla percentuale di peso dell’ingrediente
Dosaggio a batch di più ingredienti Migliore - In assoluto, la modalità più rapida di dosaggio simultaneo di più ingredienti Buono - Solo un componente per volta
Costo Moderato - Ciascun dosatore sulle celle/sulla bilancia Basso - Dosatori volumetrici con un set di celle di carico/bilancia per il recipiente di destinazione
Soluzioni di contenimento per materiali pericolosi Disponibile Disponibile

Il metodo di dosaggio a batch a incremento di peso avviene necessariamente in maniera sequenziale per ciascun ingrediente; pertanto, esso richiede un tempo totale di dosaggio a batch superiore rispetto a quello LIW. Questo dosaggio sequenziale determina inoltre una stratificazione degli ingredienti; per questo motivo, potrebbe essere necessaria la miscelazione prima di immettere il batch nel processo.. 

Nei casi che prevedono il dosaggio a batch di prodotti multipli (principali, secondari e/o micro) in recipienti IBC più grandi, può essere utilizzata una combinazione di dosatori volumetrici e a perdita di peso (LIW). I dosatori volumetrici sono utilizzati per immettere prima i batch di ingredienti principali direttamente nell’IBC su una bilancia a piattaforma. Ciascun dosatore LIW è montato su un sistema di pesatura individuale (celle di carico o bilance) ed è successivamente utilizzato per trasferire contemporaneamente le percentuali minori dei batch di ingredienti secondari o micro.

La bilancia sulla quale è collocato il recipiente viene successivamente utilizzata per verificare il peso totale per batch di tutti i componenti. Questa combinazione di tecnologie LIW e GIW elimina la necessità di dosare separatamente ciascun batch di ingredienti, riducendo quindi i tempi totali di dosaggio.

La maggior parte delle bilance a piattaforma non dispone di velocità e risoluzione sufficienti a individuare quantità ridotte di prodotti dosati a batch relativamente ai pesi totali maggiori del recipiente del processo o IBC. Se i requisiti di precisione per gli ingredienti secondari rientrano nell'intervallo 0,1–0,5%, i dosatori LIW sono in genere utilizzati con i dosatori montati su celle di carico digitali ad alta velocità con risoluzione pari a 1:4.000.000. Il sistema di controllo di batch LIW monitora la perdita di peso del materiale dalla tramoggia del dosatore e controlla la funzione di avvio/arresto del dosatore per monitorare il raggiungimento del valore di peso fissato per il batch.