In Nipro piCOMPACT® fornisce le prestazioni di vuoto necessarie alla produzione di siringhe

In Nipro PharmaPackaging Germany, gli eiettori piCOMPACT® e le ventose a soffietto in silicone di Piab garantiscono un’elevata produttività. Con 32.500 cicli al giorno, 24 ore al giorno, sette giorni alla settimana, questa applicazione è una tra quelle con il maggior numero di cicli per unità di tempo, e ciò la rende il test di massima funzionalità e durata utile per ogni eiettore a vuoto.

Come spesso accade nel settore farmaceutico, l'affidabilità e l'efficienza sono fondamentali. Ciò vale in particolare per la produzione e confezionamento di siringhe di vetro monouso con cannule utilizzate, ad esempio, per iniezioni di insulina e per la trombosi per il trattamento domiciliare.

Proprio per questo motivo, l'azienda Nipro di Münnerstadt, Germania, ha sostituito gli eiettori monostadio precedentemente utilizzati con pompe a vuoto piCOMPACT® su due linee. Queste pompe si basano sulla tecnologia del vuoto multistadio COAX® di Piab, che riduce al minimo il consumo di energia e offre una presa sicura e rapida grazie all'elevata portata iniziale. In tal modo, in Nipro, le quattro pompe a vuoto piCOMPACT® per sistema, che sono in funzione in modo continuo da febbraio 2020, garantiscono una stabilità di processo notevolmente superiore e quindi minori sprechi e tempi morti dovuti a fermi macchina durante la sostituzione delle pompe.

In una pompa con eiettore multistadio, l’aria compressa entra nella pompa e viene condotta attraverso un sistema di ugelli eiettori e di camere di varie dimensioni che fungono da “amplificatore di pressione”. Grazie ai differenti diametri degli ugelli eiettori, si creano pressioni di vuoto differenti in corrispondenza di ciascuna apertura di camera. Vi è anche una camera comune in cui la pressione del vuoto è maggiore per via della combinazione delle pressioni di vuoto in tutte le altre camere. La pressione atmosferica all’esterno del sistema affluisce rapidamente verso l’interno nel tentativo di creare un equilibrio, generando un’efficiente portata aspirata.

Il maggiore livello di pressione del vuoto nella camera comune fa sì che i diaframmi di gomma o le membrane si chiudano sulle aperture delle camere. L’unica camera non sigillata è la prima, in cui si ottengono livelli di vuoto più profondo. La miscela di aria compressa utilizzata per generare la bassa pressione e la portata aspirata esce attraverso lo scarico. Questo processo viene completato nel giro di millisecondi e si ripete in continuazione all’aumento e al calo del livello di vuoto.

Gli eiettori multistadio usano in modo ottimale l’energia accumulata nell’aria compressa grazie a ugelli specificamente progettati e a una serie di eiettori progressivamente più grandi che consentono l’espansione del flusso d’aria compressa in stadi controllati. Ne consegue che i tipici rapporti tra aria compressa e portata aspirata sono di 1:3. Vale a dire che ogni 1 cfm di aria compressa si traduce in 3 cfm di portata aspirata. 

L’eiettore selezionato svolge un ruolo fondamentale in qualsiasi sistema robotizzato, in quanto ne influenza le prestazioni, la velocità e l’operatività. Una delle caratteristiche più importanti è l’efficienza dell’eiettore. La velocità (tempo di ciclo) sarà determinata da quanto velocemente l’eiettore riesce a generare un livello di vuoto sicuro. Se si manipolano materiali porosi, con variazioni del materiale (ad esempio superfici rotonde o curve come nelle siringhe) la capacità di portata a livelli di vuoto più elevati è altrettanto importante per mantenere un'elevata affidabilità. Per garantire una presa forte e rapida con una ventosa a soffietto, la portata aspirata iniziale è particolarmente importante nelle macchine ad alta velocità. La tecnologia a eiettori multistadio è più efficiente del 30-50% rispetto a quella corrispondente a eiettori monostadio con lo stesso consumo di energia. L’unico “trade-off” con la tecnologia a eiettori multistadio è un modulo leggermente più lungo. Per raggiungere le stesse prestazioni usando un eiettore monostadio, si deve infatti utilizzare un ugello eiettore più grande. Ciò incide sui costi in termini di consumo di energia e di necessità di elettrovalvole più grandi. Inoltre, durante il processo si verificano un più alto livello di rumorosità e una maggiore produzione di calore.

Per applicazioni ad alta velocità, con tempi di ciclo di <50-100ms, la velocità delle elettrovalvole ha un forte impatto sul tempo di ciclo totale. Le elettrovalvole ad azionamento diretto eliminano il volume extra delle valvole pilota (generalmente del tipo a otturatore) da riempire ad ogni ciclo. Le elettrovalvole a funzionamento diretto migliorano l’MTBF (Mean Time Before Failure - tempo medio fra i guasti) in quanto nella costruzione complessiva della valvola sono coinvolte meno parti mobili. La potenza dell’elettrovalvola determina anche la velocità.

La maggior parte delle elettrovalvole utilizzate sugli eiettori di tipo compatto con comandi integrati vanno alimentate a 24 VDC con una tolleranza di tensione piuttosto ridotta. Non è raro che gli utenti finali abbiano un controllo ridotto dei carichi sugli alimentatori elettrici che usano. Molto spesso la tensione di alimentazione, in combinazione con la pressione dell’aria compressa, è fuori specifica. Al fine di ridurre al minimo i tempi di inattività, i costruttori di macchine e gli integratori di robot, quando selezionano l’unità, devono prestare molta attenzione all’intervallo di tensione consentito e/o vedere se ci sono altre caratteristiche implementate per consentire le fluttuazioni della tensione di alimentazione. La PWM adattativa è un metodo che consente fluttuazioni della tensione di alimentazione.

"Inoltre, piCOMPACT® ha un range operativo molto più ampio ed è molto meno sensibile alle fluttuazioni dell'aria compressa rispetto agli eiettori a vuoto monostadio che abbiamo usato finora", aggiunge Daniel Schmitt, Project & Plant Engineer presso Nipro PharmaPackaging Germany. “Questo è particolarmente importante perché la nostra produzione è cronometrata e non funziona in modo continuo. Impieghiamo gli eiettori a vuoto piCOMPACT® di Piab da quasi un anno e mezzo, ad eccezione delle festività, e durante questo periodo hanno effettuato quindici milioni di cicli senza problemi.”

Inoltre, gli eiettori COAX® sono fino a due volte più veloci degli altri eiettori e forniscono una portata tre volte maggiore rispetto ai tradizionali eiettori a vuoto con lo stesso consumo d'aria. La pompa può fornire prestazioni elevate anche quando la pressione di alimentazione è bassa o fluttuante. Ciò è stato dimostrato in test comparativi indipendenti presso l'Istituto Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU a Dresda, in Germania. Le prove hanno dimostrato che gli eiettori Piab richiedono molta meno aria compressa per ottenere le stesse prestazioni rispetto agli eiettori di altri produttori. Di conseguenza, il loro utilizzo riduce il costo di fornitura di aria compressa.

Con l’ultima edizione di piCOMPACT® SMART, la funzione energetica di base interrompe automaticamente l’alimentazione pneumatica quando il vuoto non serve più in un sistema sigillato o semi-sigillato. Il livello di vuoto a cui si ha lo spegnimento e l’isteresi (il livello a cui il vuoto può scendere prima della riattivazione) è completamente regolabile. La funzione può far risparmiare fino al 90–95% del consumo di aria compressa in un ciclo di sollevamento. Il sistema di risparmio energetico è combinato con la determinazione automatica dei livelli, una caratteristica che imposta automaticamente i livelli di spegnimento e di riavvio ottimizzati per il risparmio energetico in ogni ciclo, in base alle condizioni reali. La modulazione adattiva dell'ampiezza di impulso riduce la potenza alle elettrovalvole quando sono in posizione di mantenimento e permette la piena potenza quando si commutano le elettrovalvole per ottenere una risposta più rapida possibile. La parte adattiva consente fluttuazioni di tensione senza compromettere la funzionalità. Quindi, la modulazione adattiva dell’ampiezza di impulso riduce significativamente il consumo di energia, genera una temperatura inferiore, aumenta la robustezza dell'installazione e quindi estende la durata dell'unità di presa.

"Siamo molto soddisfatti del passaggio alle pompe a vuoto piCOMPACT® di Piab. Se si guarda al costo totale di gestione e si tiene conto della vita utile notevolmente più lunga e dei ridotti tempi di fermo macchina per la sostituzione, dei minori scarti dovuti alla caduta siringhe e del minor fabbisogno d'aria compressa, il loro utilizzo nel corso della vita utile è più conveniente rispetto alla soluzione precedente“, afferma Schmitt riassumendone i vantaggi dal punto di vista finanziario.

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Info su Nipro Europe Group

Le società del gruppo Nipro Europe fanno parte di Nipro Corporation Japan, una società leader a livello mondiale nel settore sanitario, fondata nel 1954. Con oltre 29.000 dipendenti in tutto il mondo, Nipro serve i settori della tecnologia medica, farmaceutica e del packaging farmaceutico.

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