Quais são algumas das novas opções de sensores IP69K para linhas de processamento de alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos?

A higienização é obrigatória no processamento de alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos. Como todas as operações da indústria 4.0, essas linhas de processamento exigem altos níveis de automação com o suporte de vários sensores.

Isso significa usar sensores com grau de proteção de entrada (IP) 69K, reforçados ambientalmente e que possam suportar lavagens de alta pressão e procedimentos rotineiros de limpeza no local (CIP) para manter um ambiente operacional higiênico e, ao mesmo tempo, garantir uma operação eficiente.

Além da classificação IP69K, os sensores nessas aplicações geralmente precisam ser construídos com materiais que atendam aos requisitos da Food and Drug Administration (FDA), como a liga de aço inoxidável SAE 360 L, que é altamente resistente à corrosão e pode suportar procedimentos CIP de rotina. Em outras aplicações, um compartimento feito de plástico de grau FDA é adequado.

Este artigo começa com uma visão geral dos requisitos do IP69K, conforme definido na norma DIN 40050-9, analisa o desempenho de vários aços inoxidáveis FDA, incluindo as séries SAE 200, 300 e 400, e considera os plásticos de grau FDA disponíveis e quando eles podem ser usados.

Em seguida, apresenta vários novos sensores da Banner Engineering que são adequados para uso em linhas de processamento de alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos, juntamente com algumas sugestões de aplicação e instalação. Para encerrar, analisa uma aplicação de tamponamento de frascos que precisa do desempenho do sensor IP69K, mas não de um compartimento feito com um material aprovado pela FDA.

Os sensores IP69K também atendem à norma IP68?

Um sensor pode ser projetado para atender a ambos os padrões. O "6" nessas classificações de IP significa que esses dispositivos são à prova de poeira e não há entrada de poeira.

Entretanto, o fato de atender ao IP69K não significa automaticamente que o sensor atenda ao IP68. A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) 40050-9 baseia-se em uma norma alemã que amplia o sistema de classificação de IP da IEC 60529 para adicionar o IP69K para aplicações de lavagem de alta pressão e alta temperatura que divergem um pouco das outras classificações de IP.

A proteção contra entrada de água do IP68 é baseada no IP67. O IP67 requer imersão temporária em água de até um metro de profundidade por pelo menos 30 minutos. O IP68 também envolve imersão em água com as condições de teste definidas por acordo entre o fabricante do dispositivo e o usuário, e deve ser mais rigoroso do que o IP67. Por exemplo, os sensores com classificação IP68 da Banner Engineering podem suportar pelo menos 24 horas de imersão contínua em dois metros de água.

O IP69K não requer imersão em água. O teste para IP69K inclui três elementos:

• Capacidade de pulverizar o dispositivo com água a +80°C em uma vazão de 14 a 16 litros por minuto (L/min) e uma pressão de 10 MPa (1500 libras por polegada quadrada, psi)
• O bico de pulverização deve ser mantido a 10 a 15 cm do dispositivo em ângulos de 0°, +30°, +60° e +90° por 30 segundos cada, em um total de 120 segundos
• O dispositivo é rotacionado em uma mesa giratória uma vez a cada 12 segundos

Os sensores com classificação IP69K da Banner Engineering são testados adicionalmente para pelo menos um metro de imersão em água, um requisito que excede o teste padrão IP69K (Figura 1). Após o teste, o sensor é inspecionado para verificar se há água em seu interior. Não deve haver água em seu interior, e o sensor deve continuar funcionando normalmente para passar no teste.

Figura 1: Os sensores classificados como IP69K, como este, podem suportar lavagens de alta pressão e alta temperatura. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

A corrosão também importa

O sistema de classificação IP indica o grau de proteção de um gabinete contra ingresso de partículas sólidas e de líquidos. Ele não considera a operação em um ambiente corrosivo. Os requisitos da FDA cobrem isso.

A FDA regulamenta os materiais do compartimento do gabinete para garantir que sejam seguros para uso com alimentos e produtos farmacêuticos. Por exemplo, o aço inoxidável de grau alimentício deve atender aos seguintes requisitos:

• Deve ter um teor mínimo de cromo de 16%. Uma película de óxido de cromo que se autocura na presença de oxigênio torna o aço inoxidável resistente à corrosão.
• Deve ser da série SAE 200, 300 ou 400 de aços inoxidáveis que incluem ligas de cromo-níquel-manganês, ligas de cromo-níquel e ligas de cromo, respectivamente.
• Deve ter uma superfície lisa e fácil de limpar.
• Deve resistir a corrosão, lascamento, fissura, arranhões e marcas e ser espesso o suficiente para suportar repetidas lavagens de alta pressão e alta temperatura.
• Não deve transferir odores, sabores ou cores aos alimentos.

Para uma solução mais leve, o alumínio anodizado é considerado "geralmente reconhecido como seguro" pela FDA. O manuseio e o processamento adequados são necessários ao usar o alumínio.

Há uma variedade de plásticos aprovados pela FDA. As características comuns incluem alta resistência ao desgaste, flexão e alterações dimensionais. Alguns exemplos são:

• O policarbonato é um material leve, transparente e excepcionalmente resistente.
• O tereftalato de polibutileno (poliéster PBT) tem alta resistência, rigidez e estabilidade dimensional. É resistente a produtos químicos, oxidação e água e é resistente ao calor até 150°C.
• O acrílico é um plástico transparente não tóxico aprovado para o manuseio de materiais. Ele também é resistente ao calor e adequado para uso em ambientes severos.
• O náilon tem propriedades excepcionais de barreira ao oxigênio e à umidade. Ele é usado para proteger as peças contra o ambiente externo.

Sensores fotoelétricos em aço inoxidável de grau FDA

Os sensores fotoelétricos da série Q4X da Banner Engineering oferecem uma faixa de detecção de 25 a 610 mm, dependendo do modelo. Por exemplo, o modelo Q4XFKLAF310-Q8 tem uma faixa de detecção de 35 a 310 mm.

O compartimento é feito de aço inoxidável 316 L de grau FDA e tem classificação IP68 de acordo com a norma IEC60529 e IP69K segundo a DIN 40050-9. É compatível com produtos químicos de limpeza e desinfecção, ácidos ou cáusticos, comumente usados na limpeza e higienização de equipamentos e é certificado pela ECOLAB.

Quando o sensor está no modo de operação, o display de 4 dígitos e 7 segmentos mostra a leitura de medição atual ou o valor de saída analógica correspondente (Figura 2). Os recursos adicionais incluem:

• Modelos discretos, analógicos (0 V a 10 V ou 4 mA a 20 mA), de objeto claro e IO-Link
• Modelos de alta resolução com saída analógica e um ganho excessivo maior para aplicações mais desafiadoras
• Detecta uma variedade de cores, materiais e superfícies de alvos, dependendo da distância
• O modo de aprendizagem dupla (intensidade + distância) pode ser usado para aplicações à prova de erros e permite a detecção de objetos transparentes sem a necessidade de um retrorrefletor

Figura 2: Esse fotossensor com classificação IP69K e IP68 é encapsulado em aço inoxidável de grau FDA. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Agilizando a configuração e as trocas

O display de sensor remoto (RSD) RSD1QP opcional pode ser usado com a série Q4X e outras famílias de sensores da Banner para configuração e monitoramento (Figura 3). Ele pode acelerar as trocas de produtos em fábricas da indústria 4.0 e permanecer conectado ou removido após a conclusão da configuração. Ele também simplifica o monitoramento de sensores em locais de difícil acesso. Outros usos para o RSD incluem:

• Cópia de configurações entre sensores
• Suporta a substituição rápida de sensores
• O RSD pode armazenar até seis configurações para diferentes operações

Figura 3: O RSD1 pode ser usado para configuração e monitoramento remotos de sensores, como a série Q4X da Banner. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Fotossensores em compartimentos de plástico

O sensor de lavagem T18-2VPRL-2M (T18-2) é um sensor fotoelétrico autônomo projetado para uso em ambientes severos, como linhas de produção de alimentos, processamento de aves, detecção de caixas e acionamento da operação de uma estação de controle de peso.

O invólucro é feito de poliéster PBT preto e amarelo, e os condutores de luz indicadora e a janela são feitos de acrílico branco translúcido. O invólucro plástico é soldado por ultrassom para garantir a vedação completa, e os componentes eletrônicos são encapsulados em um epóxi com classificação IP69K, proporcionando uma vedação redundante (Figura 4). Esses sensores também são classificados como IP68.

Figura 4: Esse fotossensor com classificação IP69K e IP68 é encapsulado em plásticos aprovados pela FDA. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Sensores de radar IP69K em alumínio

Sensores de radar como os da série Q90R podem beneficiar aplicações como a proteção de pessoas contra máquinas, o trabalho com robôs colaborativos (cobots) ou medições do nível de tanques em linhas de processamento de alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos. O compartimento de alumínio com classificação IP69K é resistente e leve. Esses sensores têm uma faixa de temperatura operacional de -40 °C a +65 °C, o que os torna adequados para uso em ambientes desafiadores, como áreas úmidas e enevoadas.

Por exemplo, o modelo Q90R-4040-6KDQ varia de 150 mm a 20 m e tem duas saídas, uma PNP/NPN com comunicação IO-Link e uma 1 PNP/NPN. Todos os sensores Q90R podem personalizar os parâmetros de detecção, como o formato da janela e os pontos de ajuste do alvo. O IO-Link pode suportar transferências de dados em tempo real.

A detecção de objetos pode ser baseada na distância, na velocidade e na posição angular em relação ao sensor, proporcionando um desempenho configurável e multidimensional. Duas zonas independentes podem detectar e medir vários alvos simultaneamente (Figura 5).

Figura 5: Esse sensor de radar com compartimento de alumínio pode ser usado para monitoramento do nível do tanque em linhas de processamento de alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos. (Fonte da imagem: DigiKey)

Iluminação para sistemas de visão

Os sistemas de visão para aplicações de controle de qualidade e inspeção precisam de boa iluminação para uma operação ideal. As barras de luz vedadas de LED BL60 da Banner fornecem iluminação brilhante e focalizada. Estão disponíveis modelos que produzem quatro comprimentos de onda visíveis de alta intensidade, além de infravermelho (IV) e dois comprimentos de onda ultravioleta (UV). Ao selecionar a opção de iluminação mais adequada, o desempenho do sistema de visão pode ser aprimorado ainda mais.

Os compartimentos de alumínio resistentes a óleo, produtos químicos e água têm classificação IP69K e estão disponíveis nos comprimentos de 340 e 640 mm. Há três opções de janelas: policarbonato transparente ou difuso e vidro de borossilicato. Eles têm um controle de regulagem de 1 a 10 V e uma função estroboscópica ajustável de modulação por largura de pulso (PWM). Exemplos de cores de luz disponíveis para as barras de luz de LED de 340 mm incluem:

• Branco claro (5000K), BL60W340L14ASQ
• Vermelho, BL60R340L14ASQ
• Verde, BL60G340L14ASQ
• Azul, BL60B340L14ASQ
• Infravermelho, BL60I340L14ASQ.
• Ultravioleta de 365 nm, BL60UV365-340GL30ASQ
• Ultravioleta de 395 nm, BL60UV395-340L30ASQ

Sensor a laser de zinco niquelado IP69K para tampas de garrafas

Nem todas as aplicações de sensores em linhas de processamento de alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos exigem um material de compartimento aprovado pela FDA. O tamponamento de frascos é um bom exemplo.

As tampas de garrafas geralmente são entregues a granel e precisam ser classificadas antes de serem usadas na linha de envase. Tampas desalinhadas, como as de cabeça para baixo, podem resultar em garrafas sem tampa ou emperrar a máquina tampadora, reduzindo a produtividade. Um sensor a laser como o Q3XTBLD-Q8 (Q3X) pode identificar rapidamente se alguma tampa está virada para o lado errado, antes de chegar ao sistema de distribuição de tampas.

O Q3X tem supressão de fundo de 100 mm, o que o torna adequado para aplicações de detecção de orientação. Com a supressão de fundo fixa, os sensores Q3X podem ser configurados para reconhecer uma distância específica e ignorar qualquer coisa fora do ponto de ajuste.

Em uma aplicação de classificação de tampas de garrafas, o Q3X pode ser configurado para detectar quando a parte superior de uma tampa está voltada para o sensor. Se a tampa estiver virada para o lado oposto, ela será ignorada. Se estiver voltada para o sensor, será enviada uma saída de falha e a tampa será rejeitada. Ela pode ser reciclada no classificador de tampas para outra tentativa.

A taxa de detecção rápida do Q3X é importante em linhas de envase de alta velocidade. Esse sensor pode detectar uma peça em apenas 250 µs e capturar até 2.000 eventos por segundo. O display angular de 3 dígitos fornece resposta ao usuário e acelera a configuração e o comissionamento. O compartimento de zinco niquelado tem classificação IP67 e IP69K, o que o torna adequado para ambientes úmidos (Figura 6).

Figura 6: Esse sensor a laser com classificação IP69K está em um invólucro de zinco niquelado, adequado para processos de tamponamento de frascos. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Conclusão

Sensores robustos que atendem à norma IP69K e podem suportar operações CIP de alta pressão e alta temperatura são necessários nas linhas de processamento de alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos. Muitos desses sensores também são projetados para atender aos requisitos da norma IP68 para submersão em água. Na maioria dos casos, eles devem estar em compartimentos de materiais aprovados pela FDA, mas há exceções, como as operações de tamponamento de frascos.