שימוש בצינורות פנאומטיים עמידים בפני חיידקים והידרוליזה לפישוט אוטומציה ורובוטיקה בעיבוד מזון

שימוש בצינורות פנאומטיים באוטומציה של עיבוד מזון ורובוטיקה מציב אתגרים משמעותיים הקשורים להיגיינה, עמידות, ביצועים ותחזוקה. צינורות פנאומטיים עמידים בפני חיידקים והידרוליזה, וגם עמידים בפני כיפוף, יכולים לפשט ולהאיץ את התקנת ציוד אוטומציה ורובוטיקה, ולשפר את האמינות לטווח ארוך.

מאפיינים רצויים נוספים של צינורות פנאומטיים ביישומי עיבוד מזון כוללים גמישות מעולה, התאמה לשימוש בשרשרות אנרגיה, מתאמי לחיצה-פנימה המקלים על התקנה ופירוק לצורך שינוי תצורה ותחזוקה, וזמינות בצבעים שונים, כולל צינורות שקופים עבור ניטור מצב המערכת.

חומרי הצינורות חייבים להיות עמידים ביותר בפני חומרי חיטוי כימיים ושטיפות בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה המשמשים בעיבוד מזון, ועליהם לעמוד בכל דרישות FDA הרלוונטיות.

מאמר זה מפרט כיצד צינורות פנאומטיים PUN-H של Festo‏ עונים על הדרישות הרבות עבור ציוד אוטומציה ורובוטיקה בתעשיית עיבוד המזון.

צינורות פנאומטיים PUN-H, העשויים מפוליאוריטן מעובד, הם ורסאטיליים ביותר ויכולים לתמוך ברדיוסי כיפוף קטנים, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור התקנות קומפקטיות. פוליאוריטן עמיד מטבעו להידרוליזה ומאושר על ידי ה-FDA לשימוש בתהליכי ייצור מזון.

הגמישות של PUN-H הופכת אותו למתאים עבור חלקים נעים, כגון שרשרות אנרגיה, כמו גם עבור יישומים פנאומטיים כלליים בתעשיות הביוטכנולוגיה, התרופות והקוסמטיקה, כמו גם עבור שימושים סטנדרטיים בתעשיות הרכב, אלקטרוניקה וכימיה.

צינורות PUN-H זמינים במגוון צבעים, כמו גם בגרסה שקופה (איור 1). צבעים סטנדרטיים כוללים כחול, כחול/שחור, צהוב, ירוק, טבעי, אדום, כסף ושחור. הוא מוצע גם בגרסות שקופות, כולל כחול, צהוב, ירוק ושחור.

איור 1: צינורות פנאומטיים PUN-H של Festo‏ זמינים במגוון צבעים ושקופים. (מקור התמונה: Festo)

צינורות PUN-H שחורים עמידים בפני UV ומתאימים עבור יישומי חוץ. הצינורות השקופים מספקים למפעילי מכונות תובנה מיידית לגבי איכות האוויר הדחוס. מזהמים כמו חלקיקים, מים או שמן הם קלים לזיהוי. עיבוי, למשל, מצביע על כך שיש רטיבות במערכת. רטיבות אינה מקובלת ברוב תקני הבטיחות של עיבוד מזון. היא יכולה גם לקצר את חיי הפעולה של רכיבים פנאומטיים.

צינורות PUN-H מיועדים לנשיאת אוויר דחוס, ואקום ומים. תחום טמפרטורות הפעולה שלו הוא 35°C- עד 60°C+. תחום לחצי הפעולה שלו משתנה בהתאם לטמפרטורה. דירוג הלחץ המקסימלי של MPa‏ 1.0‏ (bar‏ 10‏ / psi‏ 145‏) ישים עבור טמפרטורות שבין 35°C- עד 30°C+. בתחום הטמפרטורות הגבוהות, שבין 30°C+ ל-60°C+, מפרט הלחץ המקסימלי יורד ל- MPa‏ 0.6‏ (bar‏ 6 / psi‏ 87‏).

הוא זמין בתשעה גדלים עם קטרים חיצוניים (ODs) מ-2 עד 16 מ"מ ומסופק על גלילים באורכים משתנים בהתאם לקוטר ה-OD של הצינורות. לדוגמה, לדגמי PUN-H-3X0,5-BL-500‏ יש קוטר חיצוני של 3 מ"מ והוא מסופק באורך סטנדרטי של 500 מטר. לדגם PUN-H-12X2-SW-200‏ יש קוטר חיצוני של 12 מ"מ והוא מסופק באורך סטנדרטי של 200 מטר. DigiKey יכולה לחתוך צינורות קצרים יותר בהתאמה-מיוחדת.

השימוש בחומר פוליאוריטן מותאם הוא המקור לגמישות ולאלסטיות הגבוהות של צינורות PUN-H. ניתן לכופף אותו יותר מחומרים אחרים מבלי להתקמט או להתעוות פרמננטית.

הגמישות האינהרנטית של PUN-H מאפשרת התקנה קלה בחללים צרים, ובכך מצמצמת את גודל המכונה וההתקנה. החומר עמיד בפני הידרוליזה, מונע סדקים ומבטיח עמידות ותפעול אמין. העמידות לחיידקים של הפוליאוריטן המעובד בדירוג-מזון, המאושר על ידי ה-FDA, בשילוב עם עמידותו המעולה לחומרי ניקוי, הופכת אותו למתאים היטב עבור מערכות עיבוד ואריזה של מזון, בהן עלול להתרחש מגע תכוף עם מים.

שיקולי ההתקנה

כלל אצבע עבור התקנות צינורות פנאומטיים הוא לוודא שהצינור ארוך ככל הנדרש וקצר ככל האפשר, ובכך למנוע את מתיחתו. בנוסף, קוטר צינורות גדול מדי או קטן מדי, כמו גם רדיוסי כיפוף קטנים מדי, עלולים לגרום לקצבי זרימה נמוכים יותר.

גדלים שונים של צינורות יכולים לתמוך בקצבי זרימה משתנים וברדיוסי כיפוף שונים. חיוני להתאים את גודל הצינור ליישום הספציפי ולדרישות ההתקנה כדי להבטיח פעולה תקינה של המערכת.

בעת כיפוף צינורות PUN-H, ישנם שני גורמים קריטיים: רדיוס הכיפוף הרלוונטי לזרימה (Rd) ורדיוס הכיפוף המינימלי (Rmin‏). ההבחנה חשובה בעת תכנון מכונות המשתמשות בצינורות PUN-H. Rmin מתייחס לשלמות המבנית של הצינור, ו-Rd מתאים לקצבי הזרימה שהוא יכול לתמוך בהם.

Festo‏ פיתחה בדיקות ספציפיות עבור Rd ו-Rmin (איור 2):

• כדי למדוד את Rd, הצינור מכופף עד שמתרחשת שיטוח של 5% של הקוטר החיצוני (O.D.). אין הפחתה בקצב הזרימה עד שמגיעים ל-Rd.
• כדי למדוד את Rmin, משתמשים בלוחית ניידת כדי לכופף את הצינור עד שנוצר כיפוף, התואם לערך Rmin, וכתוצאה מכך נגרמת הפחתה ניכרת בזרימה.

איור 2: תנועות צינורות המשמשות לקביעת Rd (שמאל) ו-Rmin (ימין) (מקור התמונה: Festo)

יצירת חיבורים

מתאמים בלחיצה-פנימה QS (מחברים) עבור צינורות פנאומטיים PUN-H כוללים קולר פנימי עם שיני אחיזה הנצמדות לצינור כדי לאבטח את החיבור. לחיצה על מנגנון השחרור המהיר מנתקת את מנגנון האחיזה, ומאפשרת הכנסת או הוצאת הצינור.

ניתן לעשות שימוש חוזר גם באביזר וגם בצינורות מספר פעמים. לחלק מדגמי האביזרים יש חיבורי דחיפה-פנימה בצד אחד וחיבורי הברגה בצד השני.

אביזרי QS זמינים בגיאומטריות שונות, כולל גרסאות ישרות, בצורת T, בצורת Y וזוויתיות, כדי להתאים לדרישות מערכת ספציפיות. מספר דוגמאות כוללות:

• QS-6‏, חיבור ישר בלחיצה-פנימה (איור 3)
• QST-1/8-4‏, מתאם T בלחיצה-פנימה
• QSYL-1/4-10‏, מתאם Y בלחיצה-פנימה
• QSML-M5-6‏, מתאם זווית ישרה בלחיצה-פנימה

איור 3: מחבר ישר QS-6 בלחיצה-פנימה עבור צינורות PUN-H. (מקור התמונה: Festo)

לא רק עבור התקנות חדשות

צינורות PUN-H של Festo יכולים להיות רכיב חיוני בשיפור ושדרוג מערכות פנאומטיות קיימות המשמשות לייצור, עיבוד, אריזה ואחסון מזון, תרופות, תוספי תזונה ומוצרים אחרים. ייתכן ושדרוגים אלה יהיו נחוצים כדי לעמוד בדרישות חוק המודרניזציה של בטיחות המזון (FSMA‏) של מנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) ותקנות נוהלי ייצור נאותים (cGMP‏) הנוכחיות של ה-FDA.

FSMA היא מערכת רחבה של תקנות ללא מועד אחרון לציות יחיד. לתקנות יש מועדים מדורגים, חלקם חלפו, בעוד שאחרים נכנסים לתוקף רק עד שנת 2028‏. לעומת זאת, הנחיות cGMP מתעדכנות באופן שוטף כדי להתאים לטכנולוגיות חדשות, להתקדמות מדעית ולחששות מתפתחות בתחום בריאות הציבור, כצורה של שיפור מתמיד. בשני המקרים, צינורות PUN-H יכולים להיות חלק חסכוני מפתרונות תואמים.

שני צינורות יכולים להיות טובים יותר מאחד

שני צינורות משמשים ביישומים כגון צילינדרים פנאומטיים עם פעולה-כפולה ותופסנים בתהליכים רובוטיים ואוטומציה הדורשים תנועות קדימה (הארכה) וחזרה (נסיגה). אחד הצינורות מספק אוויר דחוס, והשני פולט את האוויר כדי לבקר את התנועה ביישומים כמו טיפול בחלקים, מיון ואריזה.

כאשר נדרש זוג צינורות, המתכננים יכולים לפנות לצינורות PUN-H-DUO של Festo. צינורות DUO מתאפיינים באותה גמישות גבוהה, עמידות להידרוליזה ותכונות בדירוג-מזון כמו צינורות PUN-H רגילים, ההופכים אותם למתאימים לשימוש בעיבוד מזון, ביוטכנולוגיה, תרופות, קוסמטיקה ותעשיות אחרות. השימוש בזוגות צינורות מחוברים מפשט את הניתוב ומבטל את הצורך במעטי קשירה או מעטי כבלים. הצינורות ניתנים לפיצול בקלות, מה שמפשט את הוספת מחברים.

צינורות PUN-H-DUO זמינים בקטרים חיצוניים של 4, 6, 8 ו-10 מ"מ, התואמים לקטרים פנימיים של 2.6, 4.0, 5.7 ו-7.0 מ"מ, בהתאמה. לדוגמה, ל-PUN-H-10X1,5-DUO‏ יש שני צינורות עם קוטר חיצוני (OD) של 10 מ"מ והוא מסופק כגליל של 50 מטר (איור 4).

איור 4: ל-PUN-H-DUO זה יש שני צינורות עם קוטר חיצוני (OD‏) של 10 מ"מ והוא מסופק כגליל של 50 מטר (מקור התמונה: Festo)

כאשר מגע עם מזון הוא שיקול

צינורות Festo PUN-H מתאימים לשימוש בתהליכי עיבוד מזון, אך אין להשתמש בהם אם צפוי מגע עם מזון. כאשר צפוי מגע עם מזון, מתכנני מכונות יכולים לפנות לצינורות PUN-H-F, כגון מק"ט PUN-H-F-10X1,5-BL‏, בשילוב עם מחבר לחיצה-פנימה בדירוג-מזון, כמו דגם NPQR-DK-M7-Q4‏.

צינורות PUN-H-F מציעים את אותה עמידות בפני חיידקים והידרוליזה כמו צינורות PUN-H רגילים, והם גם עמידים בפני כיפוף. הוא עשוי מחומרים ההנמצאים ברשימת FDA ומורשים ל-FDA 21 CFR 177.2600‏ והוא בטוח לחלוטין למזון, ועומד הן בתקנות ה-FDA והן בתקנות האיחוד האירופי (EC‏) 1935/2004‏. אביזרי סדרת NPQR עשויים פלב"ם, תואמים לתקן (EC‏) 1935/2004, ומורשים ל-NSF 169‏ (איור 5).

איור 5: דוגמאות לצינורות PUN-H-F עם מחברי NPQR‏. (מקור התמונה: Festo)

כמו צינורות PUN-H סטנדרטיים, גם PUN-H-F הם קלים לתחיבה והסרה באמצעות אביזרי NPQR, ובכך מאיצים את ההתקנה והתחזוקה. טבעת O הכלואה בתוך כעין-תא באביזרים מונעת דליפות.

סיכום

צינורות PUN-H העמידים בפני כיפוף הם קלים להתקנה ומוצעים במגוון גדלים וצבעים. עמידותו בפני הידרוליזה וחיידקים הופכת אותם למתאימים היטב עבור אוטומציה ורובוטיקה בעיבוד מזון ובתעשיות אחרות. עבור יישומים הדורשים שני צינורות, Festo מציעה את PUN-H-DUO, אשר מפשט את תכנון והתקנת המכונה. המתכננים יכולים לפנות לצינורות PUN-H-F כאשר צפוי מגע עם מזון.

קריאה מומלצת:

1. מהן האפשרויות החדשות של חיישני IP69K עבור קווי עיבוד מזון, משקאות ותרופות?
2. כיצד למדוד את זרימת המים כדי לשפר את יעילות הטיפול
3. ליהנות מהצלחה: תנועה יעילה עבור יצרני ציוד מקורי (OEM) בתעשיית המזון והמשקאות
4. כיצד להשתמש בהיתוך חיישנים כדי לשפר את תהליכי הייצור והלוגיסטיקה של Industry 4.0
5. שימוש בבקרי טמפרטורה וב-Micro PLCs להאצת פרויקטי אוטומציה בקנה-מידה קטן