El papel de la automatización de procesos en un mundo interconectado – Parte 2

13 jul. 2020

Artículo

Este artículo es Parte 2 de una serie.

Ir a

El siguiente escenario suena como una narrativa distópica ficticia, pero es una realidad vivida. Una catástrofe, al igual que la crisis de COVID-19, está impactando dramáticamente a la sociedad. La normalidad, como se sabía antes, ha cambiado repentinamente: las calles se vacían, las tiendas se cierran y la fabricación se reduce o se paraliza por completo. Pero, ¿qué ocurre con los sistemas relacionados con la seguridad, como los de la industria farmacéutica o alimentaria, que no deben quedarse quietos y están diseñados de forma que no pueden fallar? ¿Cómo se puede minimizar el riesgo de averías y tiempos de inactividad? O en caso de falla, ¿cómo se pueden limitar los daños a las personas y al medio ambiente o, en general, mantener la secuencia operativa?

Digitalización: ¿maldición o bendición?

Al considerar las plantas de ingeniería de procesos, uno se enfrenta repetidamente con palabras de moda como «Industria 4.0», «digitalización», «transformación digital», «internet de las cosas», «fabricación inteligente», etc El tema a menudo se discute de manera controvertida y, a menudo, se trata de un Cualquiera o dicotomía: o el hombre o la máquina y los miedos asociados. Independientemente del nombre que le dé a la digitalización, cada término aquí tiene una cosa en común: interconectar inteligentemente ubicaciones y procesos separados en la producción industrial utilizando tecnologías modernas de información y comunicación. Automatización de procesos es un bloque de construcción pequeño pero importante que necesita atención. Los datos solo se pueden registrar, reenviar y reproducir de manera consistente con una tecnología de medición robusta y confiable.

Desde hace algún tiempo, los temas que incluyen sensores, automatización y control de procesos se han discutido en la industria de procesos (PALMADITA) con el objetivo de reducir los tiempos muertos y optimizar el uso de los recursos. Sin embargo, no se trata solo de la recopilación pura de datos, sino también de su interpretación significativa e integración en el sistema QM. Solo una evaluación y evaluación consecuentes pueden conducir a un aumento significativo en la eficiencia y la optimización.

Esto representa una oportunidad real para mantener los procesos productivos con mano de obra reducida en tiempos de crisis. Los análisis relevantes se transfieren automática y completamente al proceso. Esto permite una alta disponibilidad y una intervención rápida, así como la garantía de requisitos de alta calidad tanto para la seguridad como para la optimización del proceso. Además, el monitoreo en línea de todos los componentes del sistema y las actividades de mantenimiento preventivo contrarrestan de manera efectiva una falla.

Obtenga más información sobre los conceptos básicos de la tecnología analítica de procesos aquí

Plantas de producción conectadas digitalmente

Aunque la digitalización está relativamente bien establecida en el sector privado bajo el eslogan «hogar inteligente», en muchas áreas de producción el tema aún está en pañales. Para interconectar de forma inteligente diferentes procesos, se plantean grandes exigencias. Los sistemas de análisis de procesos hacen una contribución importante al análisis de parámetros críticos. El envío de datos a la sala de control es crucial para el control y la optimización del proceso. Para corresponder al estado de la técnica, los sistemas de análisis de procesos deben cumplir los siguientes requisitos:

Comunicación transparente / mantenimiento operativo

Los procesos deben ser monitoreados continuamente y la seguridad de la planta garantizada. Los tiempos de inactividad están asociados con gastos y costes elevados y, por lo tanto, no se pueden tolerar. Con el fin de minimizar eficazmente el riesgo de fallas, los dispositivos específicos Los datos de diagnóstico deben ser transmitido continuamente como parte de la autocomprobación, o las fallas deben evitarse con la ayuda de actividades de mantenimiento preventivo. Idealmente, la respuesta debe ser rápida y las fallas remediadas sin tener que apagar el sistema (incluso de forma remota).

Automatización preparada para el futuro

Si considera cuántos años (o incluso décadas) las plantas de proceso están en funcionamiento, se explica por sí mismo que las ampliaciones y optimizaciones deben ser posibles durante su vida útil. Esto incluye tanto el implementación de analizadores de última generación y el comunicación entre los sistemas.

Sistemas redundantes

Para evitar que las averías pongan en peligro todo el funcionamiento del sistema, conceptos de redundancia se utilizan generalmente.

Ejemplo práctico: conceptos inteligentes para procesos de fermentación

Los fermentadores o biorreactores se utilizan en una amplia variedad de industrias para cultivar microorganismos o células. Las bacterias, levaduras, células de mamíferos o sus componentes sirven como importantes ingredientes activos en productos farmacéuticos o como productos químicos básicos en la industria química. Además, también existen procesos de degradación en el tratamiento de aguas residuales asistidos mediante el uso de biorreactores. Las calderas de elaboración de cerveza en la producción de cerveza también se pueden considerar como un tipo de biorreactor. Para cumplir con los altos requisitos para un rendimiento de producto correspondiente y el mantenimiento de las condiciones ideales para un metabolismo adecuado, los parámetros críticos deben verificarse de cerca y con frecuencia.

Las condiciones deben adaptarse de manera óptima a las del hábitat natural del organismo. Además de valor pH y temperatura, esto también incluye la composición de la matriz, los turbiedad, o la contenido de O₂ y compañía₂. La creación de condiciones ambientales óptimas es crucial para un cultivo exitoso de los organismos. Las más mínimas desviaciones tienen consecuencias devastadoras para su supervivencia, y pueden causar importantes perjuicios económicos por pérdida de producto.

Con la llegada de las tecnologías inteligentes, los sistemas de análisis en línea y los sensores libres de mantenimiento se han vuelto indispensables para asegurar la supervivencia de los microorganismos. De esta manera, se entregan valores medidos confiables las 24 horas del día y se garantiza que estos se transfieran directamente a todos los sistemas de control de procesos comunes o se integren en los sistemas QM existentes.

En lugar de una medición manual fuera de línea en un laboratorio separado, el análisis puede realizarse directamente en el medio o trasladarse a una celda de medición externa. El análisis en línea tiene una ventaja adicional en comparación con el análisis en línea. Con este método, la corriente de muestra se alimenta al sistema de análisis por succión con bombas peristálticas o líneas de derivación. El análisis en línea no solo permite la posibilidad de operar las 24 horas del día, los 7 días de la semana y, por lo tanto, un control estricto de los parámetros críticos, sino también la combinación de diferentes métodos de análisis y la determinación de otros parámetros.. Esto significa que con un solo sistema se pueden monitorear varios parámetros y múltiples puntos de medición.

El corazón de los sistemas de análisis es la tecnología de sensores inteligentes, cuya robustez es crucial para la generación confiable de valores medidos.

La medición del pH como un parámetro clave vital en los biorreactores

El conocimiento del valor de pH exacto es crucial para el rendimiento del producto, especialmente en los procesos de fermentación. La actividad del organismo y su metabolismo dependen directamente del valor del pH. Las condiciones ideales para un crecimiento celular óptimo y un metabolismo adecuado se encuentran dentro de un rango de tolerancia de pH limitado que debe monitorearse y ajustarse continuamente con la ayuda de sensores de alta precisión.

Los sensores de pH ProTrode de Metrohm Process Analytics son las soluciones más adecuadas para el análisis de pH «en tiempo real»

Sin embargo, la medición exacta del valor de pH está sujeta a una serie de factores de influencia químicos, físicos y mecánicos, lo que significa que la determinación con sensores en línea convencionales a menudo no es una tarea fácil. . Por ejemplo, el cumplimiento de las medidas de higiene es de vital importancia en las industrias farmacéutica y alimentaria. Las tuberías en la producción se limpian con soluciones a temperaturas elevadas. Por lo tanto, se necesitan sensores de pH en línea robustos para evitar efectos perjudiciales (p. ej., precisión, sensibilidad y vida útil reducidas).

Electrodos adecuados para mediciones de pH en línea para la industria farmacéutica y biotecnológica

Electrodos de pH inteligentes y libres de mantenimiento

Los electrodos de vidrio se utilizan principalmente para medir el pH porque siguen siendo, con diferencia, la solución más resistente, versátil y fiable. Sin embargo, en muchos casos no se detectan cambios debidos a procesos de envejecimiento o contaminación en el diafragma. La rotura de vidrio también presenta un alto riesgo porque puede resultar en que se descarte todo el lote de producción. Para la industria farmacéutica, los sensores ProTrode 200 y ProTrode 300 de Metrohm Process Analytics son la solución perfecta para evitar estos problemas. Están equipados con un depurador de plata para evitar contaminaciones con iones Ag de la muestra de proceso.

Sensores ProTrode 200 (izquierda) y ProTrode 300 (derecha) para entornos de procesos farmacéuticos y biotecnológicos.

El analizador de pH 2026 de Metrohm Process Analytics es un sistema de análisis completamente automático, p. ej., para determinar el valor de pH como un parámetro de proceso individual.

Además, estos sensores de calidad suiza ofrecen vidrio de calidad tipo HT que permite lecturas estables y mediciones precisas en un amplio rango de pH con la capacidad de soportar los entornos más desafiantes. En muchas soluciones de proceso, la medición con sensores de proceso se realiza directamente en el medio y, a veces, la calibración y el mantenimiento pueden ser un desafío. Nuestros sensores de pH ProTrode han sido diseñados de adentro hacia afuera para poder realizar la calibración y el mantenimiento en un área segura (p. ej., un laboratorio) y todos los datos se pueden transferir fácilmente al sensor en línea sin costosos trabajos de mantenimiento ni tiempo de inactividad.

Por otro lado, los analizadores de procesos en línea también son una buena solución para la medición del pH. Aquí, la medición se transfiere del proceso a una celda de medición externa. Esto permite lograr una medición de pH duradera con una precisión que no es posible con las sondas en línea clásicas.

Metrohm Process Analytics ha acumulado décadas de experiencia en aplicaciones con sensores de alta calidad y análisis de procesos. Cuando la medición del pH se lleva a cabo con analizadores de procesos en línea, se pueden realizar la calibración, el ajuste y la limpieza. de forma totalmente automática. El sistema monitorea continuamente la condición del electrodo. Entre mediciones, el electrodo se sumerge en una solución de almacenamiento amigable con la membrana que evita la desecación, y al mismo tiempo evita que la capa de hidratación se hinche más ya que no contiene iones alcalinos. el electrodo es siempre listo para usar y no tiene que ser eliminado del proceso para trabajos de mantenimiento.

Obtenga más información sobre el analizador de pH 2026 de Metrohm Process Analytics

Mantenimiento y digitalización

Además de la monitorización automática de los parámetros críticos del proceso, la comunicación transparente entre el sistema y el analizador también juega un papel decisivo en términos de medidas de mantenimiento. La recopilación de datos vitales del analizador para evaluar el estado del sistema es solo un componente. La monitorización continua de los componentes relevantes del sistema permite sacar conclusiones sobre cualquier trabajo de mantenimiento necesario.. Por ejemplo, las comprobaciones de rutina del estado de los electrodos (verificación de pendiente/punto cero, posiblemente calibración automática) se llevan a cabo regularmente durante el proceso de análisis. Con base en los datos, los procesos de calibración y limpieza se realizan de forma totalmente automática, que permiten una medición robusta incluso en puntos de medición de difícil acceso o en medios de proceso agresivos. Esto significa que el operador está fuera de la zona de peligro, lo que contribuye a una mayor seguridad.

Servicio de calidad de Metrohm: evite los problemas antes de que ocurran

Resumen

La vinculación de los procesos de producción con la tecnología digital tiene un potencial particularmente grande y contribuye a la seguridad económica de las empresas. Además, la presión crece sostenidamente para que las empresas enfrenten las exigencias de la digitalización en la producción. A modo de ejemplo, en el área de los procesos de fermentación, la supervivencia de los microorganismos se asegura mediante un estrecho seguimiento de los parámetros relevantes.. Los sistemas inteligentes aumentan el grado de automatización y pueden hacer que el proceso a lo largo de toda la cadena de valor sea más eficiente.

Descubra en la próxima entrega cómo los conceptos de seguridad funcional ayudan a actuar antes de que el peor de los casos se haga realidad donde ocurren errores y fallan los sistemas. Compruébalo aquí:

Prevenido es Prevenido: Minimización de errores y riesgos en el análisis de procesos - Parte 3