Smaltimento sicuro di emulsioni contenenti petrolio
Il sistema di sensori promette uno smaltimento più rapido degli oli usati
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Le emulsioni di acqua e petrolio sono utilizzate in molti settori industriali, ad esempio come refrigeranti. Il loro smaltimento è complesso perché i componenti devono essere nuovamente separati. Per la sua tesi di master, Frank Ferrick Nokam Waffo, insieme a HFM Horst Fuhse Mineralölraffinerie GmbH, ha studiato un metodo che consente di farlo in modo sicuro e automatico.
Nella vita quotidiana, le emulsioni si trovano comunemente in prodotti come i cosmetici o gli alimenti come la maionese. Tuttavia, le emulsioni a base di petrolio sono ampiamente utilizzate anche nell'industria, ad esempio nei fluidi di raffreddamento o di lubrificazione. Le severe normative europee e nazionali sulle acque reflue vietano l'immissione di tali sostanze nell'ambiente. "Per poter smaltire questi materiali, l'olio e l'acqua devono essere prima separati. A tal fine si utilizzano additivi che scompongono l'emulsione nei suoi componenti. Idealmente, è visibile una chiara linea di separazione tra i due componenti, la fase oleosa e la fase acquosa. L'acqua può quindi essere drenata e smaltita separatamente dall'olio", spiega Frank Ferrick Nokam Waffo. Ha studiato Ingegneria di Processo e Tecnologia Energetica a Bremerhaven e ha dedicato la sua tesi di master alla HFM Horst Fuhse Mineralölraffinerie GmbH allo smaltimento delle emulsioni a base di petrolio. L'azienda è specializzata nella gestione e nello smaltimento di oli esausti e lubrificanti di raffreddamento.
Il processo attuale richiede spesso molto tempo
Nonostante i sistemi avanzati di trattamento delle acque reflue, l'individuazione accurata del confine tra olio e acqua rimane difficile a causa di fattori quali l'emulsionamento, le fluttuazioni della portata e le diverse concentrazioni di olio. Attualmente, i dipendenti prelevano campioni ed eseguono ispezioni visive manualmente, un processo soggetto a errori. Se l'olio entra nella fase acquosa, il lavoro di svuotamento e pulizia delle parti del sistema di trattamento delle acque reflue richiede tempo, fatica e costi elevati. Una soluzione automatizzata potrebbe porre rimedio a questa situazione, ma deve affrontare una sfida importante: il sensore utilizzato deve rilevare in modo affidabile e preciso il confine tra olio e acqua. Questo varia per ogni emulsione, a seconda di fattori quali il paese di origine e il contenuto di olio. Una potenziale soluzione è un sensore che rileva se è coperto da acqua o da olio e apre o chiude la valvola di scarico magnetica di conseguenza.
Frank Ferrick Nokam Waffo ha testato con successo sensori digitali e analogici. "I risultati dimostrano che il sensore digitale, grazie a un'attenta regolazione delle soglie di commutazione e di reset, è stato in grado di distinguere efficacemente le interfacce olio-acqua nonostante le variazioni nella composizione dell'emulsione. Questa calibrazione raffinata, combinata con un controllo preciso della temporizzazione, ha prodotto risultati di separazione coerenti e ripetibili, creando fasi chiare di olio e acqua", spiega Waffo. Tuttavia, ha notato anche alcune limitazioni pratiche: "Il punto di ripristino che controlla la valvola presentava un comportamento irregolare e imprevedibile, in parte dovuto alla complessità della stabilità dell'emulsione. Inoltre, la valvola di drenaggio magnetica tendeva ad attaccarsi quando si maneggiavano emulsioni di olio ad alta viscosità, richiedendo a volte un intervento manuale".
Risultati promettenti
Nonostante le limitazioni, Waffo è molto soddisfatto dei risultati ottenuti. "È possibile creare un sistema di separazione delle emulsioni pratico e automatizzato utilizzando la tecnologia PLC standard e la misurazione capacitiva del livello. È possibile adattarlo a diverse proprietà dell'emulsione regolando sistematicamente i sensori. I sensori devono comunque essere ricalibrati ogni volta. Un sistema veramente autonomo dovrebbe adattarsi a una combinazione di parametri che determinano la stabilità dell'emulsione", spiega il laureato. Oltre al tipo di olio, questi parametri includono la temperatura, la viscosità, il valore del pH, il contenuto d'acqua originale e la durata e l'intensità del processo di miscelazione. Un processo di miscelazione di due ore con dispositivi diversi può portare a risultati molto diversi: un'intensità maggiore produce goccioline più piccole, il che porta a emulsioni molto più stabili e più difficili da separare. È inoltre importante notare che le emulsioni variano a seconda del paese di origine dell'olio. "Oli diversi hanno rapporti diversi di componenti come asfalteni o resine, che agiscono come emulsionanti naturali. Questi componenti stabilizzano l'interfaccia tra olio e acqua e modificano significativamente il comportamento dell'emulsione durante il processo di separazione automatica".
Anche la tecnologia giusta è importante in questo contesto. "Un sistema a prova di futuro dovrebbe idealmente utilizzare la fusione dei sensori e combinare le misurazioni capacitive con altre tecnologie, come i sensori di densità o ottici. Utilizzando algoritmi di apprendimento automatico, il sistema potrebbe adattarsi automaticamente a questi parametri combinati e utilizzare attuatori pneumatici per trattare emulsioni altamente viscose in modo affidabile e senza intervento manuale", conclude Waffo, che dopo la laurea continua a lavorare presso la HFM Horst Fuhse Mineralölraffinerie GmbH come vice responsabile tecnico operativo.
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