Le installazioni di sensori e dispositivi intelligenti si stanno sviluppando all’interno di moltissimi impianti: sono gli elementi costitutivi di base di qualsiasi iniziativa di Industrial Internet of Things (IIoT). L'applicazione IoT in ambito industriale o - le IoT applications - può essere un modo utile per monitorare le apparecchiature di processo e i macchinari, preservando salute e sicurezza non solo dei sistemi, ma anche delle persone e dell’ambiente circostante.
In questo articolo trattiamo degli esempi di IoT applications per misurare costantemente e facilmente la qualità delle acque nell'ambito del monitoraggio dell'acqua superficiale di laghi e fiumi, e dell'acquacoltura. Gli ecosistemi digitali di oggi sono progrediti per consentire una soluzione completa formata da sensori, protocolli di comunicazione, software di analisi e visualizzazione, consentendo ai responsabili d’impianto di monitorare le condizioni ambientali ed essere avvisati del cambiamento di condizioni senza sforzi.
Indice:
- IoT application nel monitoraggio delle acque
- Industrial Internet of Things per i parametri analitici dell'acqua
- IIoT application: gli strumenti di misurazione
- IIoT application: caso studio sull'allevamento ittico
Il monitoraggio delle condizioni delle acque superficiali del mondo è uno sforzo che merita attenzione, ed è il caso dell'IoT application di questo articolo.
Abbiamo tutti bisogno dell’acqua, ogni giorno, e spesso sentiamo notizie di come le risorse idriche in tutto il mondo siano inquinate. Ad esempio, una piccola quantità di olio può contaminare grandi quantità di acqua e ci sono molti altri inquinanti come plastica, prodotti chimici e batteri che sono dannosi per le condizioni naturali dei sistemi acquiferi.
Parte dell'inquinamento idrico può essere ricondotto a fonti puntuali, come fattorie o fabbriche con scarichi trattati in modo improprio. Altri tipi di inquinamento sono molto più difficili da rintracciare e arginare, originati da fumi e gas trasportati dall'aria e restituiti alle acque superficiali durante le precipitazioni.
Le conseguenze dell'acqua inquinata sono molte. L'ossigeno disciolto deve esistere a un certo livello minimo per supportare una vita marina sana, mentre un livello troppo alto può danneggiare i batteri buoni che decompongono i rifiuti. Ovviamente, i prodotti chimici o altri materiali presenti nell'acqua inquinata possono essere tossici e causare problemi di salute per l'uomo o la fauna selvatica che entra in contatto con l'acqua. Alcune sostanze chimiche sono nutritive e possono promuovere la crescita delle alghe, portando nel peggiore dei casi a fioriture algali dannose (HAB) che possono esaurire rapidamente l'ossigeno nell'acqua e a loro volta causare improvvise stragi di pesci.
Le buone pratiche di monitoraggio possono identificare questi e altri problemi in anticipo, in modo che possano essere affrontati rapidamente prima che si sviluppino condizioni più gravi.
Ecco che entra in gioco l’IoT industriale e le sue applicazioni.
Un primo passo per risolvere eventuali problemi è la raccolta dei dati. La misurazione delle condizioni dell'acqua è l'unico modo per comprendere non solo lo stato momentaneo, ma anche le condizioni storiche e di tendenza. La registrazione, la visualizzazione e l'analisi di questi dati è anche l'unico modo per determinare se l'azione correttiva sta producendo l'effetto desiderato.
La natura remota e all'aperto per i siti di acque superficiali introduce molte sfide di misurazione. Negli anni passati, i ricercatori si recavano periodicamente sui luoghi di monitoraggio e prelevavano campioni per analisi successive: un metodo lungo e dispendioso che può facilitare l’errore umano e portare a lacune nei dati.
Oggi, l'IIoT consente di implementare facilmente molti tipi di tecnologia di misurazione intelligente.
Questo è particolarmente vero per i parametri analitici dell'acqua, dove quelli chiave sono:
• Conducibilità
• Ossigeno disciolto (DO)
• pH
• Temperatura
Questo tipo di analisi chimiche industriali sono fondamentali: un’elevata conduttività può segnalare l'inquinamento da sostanze chimiche o metalli. Il ruolo critico dell’ossigeno è già stato discusso, mentre la misurazione del pH dell'acqua indica se questa è troppo acida, un'altra condizione che può minacciare la vita marina. Infine, la misura di temperatura è fondamentale: valori troppo alti non sono un fattore inquinante di per sé, ma possono mettere a rischio la salute della vita marina e, insieme ad altre condizioni, portare a maggiori possibilità di una fioritura algale.
Combinate, queste quattro misurazioni forniscono un profilo completo della salute dell'acqua. Pertanto, l'installazione di un sistema di misurazione efficace per questi parametri è fondamentale negli sforzi per la protezione dell'ambiente.
Molte delle tecnologie dei sensori utilizzati per misurare la qualità dell'acqua sono consolidate, sebbene gli strumenti debbano essere configurati per le particolarità di ciascun ambiente.
I sensori di conducibilità misurano la facilità con cui l'acqua conduce la corrente elettrica, con una maggiore conduttività che indica un numero elevato di ioni, a causa di sali disciolti o materiali inorganici. L'inquinamento dell'acqua può essere la ragione di una conduttività inaspettatamente alta.
Oggi sono disponibili sensori di ossigeno disciolto sia ottici che amperometrici per misurazioni di ossigeno accurate e affidabili, con una manutenzione minima.
I corpi idrici naturali di solito hanno un valore di pH compreso tra 6,5 e 8,5. La maggior parte dei sensori di pH utilizza un elettrodo di vetro e può misurare su un intervallo più ampio di questo. Un'ulteriore caratteristica di molti sensori di pH e conducibilità è l'incorporazione di un sensore RTD Pt1000 per fornire una lettura della temperatura.
Per il monitoraggio delle acque superficiali, è importante selezionare sensori che resistono a condizioni estreme di corrosione, umidità, sporco e incrostazioni. Questi devono poter essere facilmente installati, sottoposti a manutenzione e tarati. I sensori più avanzati, come i sensori analitici di Endress+Hauser con tecnologia Memosens, mantengono salvate le informazioni di taratura di fabbrica e le comunicano al trasmettitore quando sono collegati, semplificando la manutenzione.
Questi sensori utilizzano la tecnologia digitale che consente loro di connettersi facilmente a un trasmettitore digitale universale, che rende i dati facilmente disponibili per i sistemi di monitoraggio remoto.
È possibile, quindi, assemblare e configurare il sensore, il trasmettitore, la comunicazione, il cloud e gli elementi di monitoraggio. Tuttavia, l'utilizzo di un sistema pre-configurato su misura per il monitoraggio delle acque superficiali è probabilmente il modo più conveniente e affidabile per gli utenti finali di monitorare i punti di misurazione da qualsiasi luogo e in qualsiasi momento.
Il monitoraggio continuo della qualità dell'acqua può ridurre il tasso di mortalità dei pesci fino al 40%.
Julia Grether, Business Development Manager di Endress+Hauser
L'acquacoltura, o piscicoltura, è un'industria importante in tutto il mondo. Ovviamente, la qualità dell'acqua è un fattore importante per questa attività in tutte le fasi dell'allevamento del pesce, dai piccoli fino agli adulti: i pesci prospereranno meglio quando se i livelli di elementi come ossigeno, ammonio e sono tenuti sotto controllo. Ad esempio, le concentrazioni di ammonio variano in base all'alimentazione, alle escrezioni dei pesci e agli interventi di pulizia e del trattamento dell'acqua.
La misurazione continua è importante per garantire che questi elementi cruciali per lo sviluppo della fauna ittica siano mantenuti entro i livelli di sicurezza e per consentire una risposta proattiva in caso di tendenza negativa.
Un progetto a Giebenach vicino a Basilea, in Svizzera, ha dimostrato che è necessario solo un piccolo sforzo per monitorare continuamente importanti parametri dell'acqua. Recentemente, infatti, i gestori dell'itticoltura devono solo dare un'occhiata ai loro smartphone di tanto in tanto.
Con Netilion Water Network Insight di Endress+Hauser è possibile monitorare i parametri di qualità dell'acqua in modo semplice e da remoto.
Con questo sistema, infatti, è possibile ottimizzare i processi ovunque i sensori raccolgano informazioni preziose:
- misure all'estrazione e al trattamento
- qualità e quantità lungo l'intera rete
- afflusso e deflusso negli impianti di trattamento delle acque industriali e reflue
- emissioni residue da acque reflue trattate
e molto altro.
Il sistema installato a Giebenach registra lo stato del sensore e allo stesso tempo invia tempestivamente (in cicli da 5 a 15 minuti) le notifiche relative a potenziali interruzioni o raccomandazioni di servizio. Usando un browser standard, il personale autorizzato può richiamare tutti i valori di misura e i messaggi di stato nell'ecosistema Netilion via internet. L'allevamento controlla i livelli di ossigeno, nitrati e ammoniaca dell'acqua, il che ha richiesto l'installazione di diverse sonde in ciascuna delle vasche, compreso un sensore ottico digitale COS61D per il monitoraggio del contenuto di ossigeno.
Posizionato centralmente c'è anche un sensore digitale di ammoniaca e nitrati ISEmax CAS40D. Un trasmettitore multicanale Liquiline CM444 (l'equivalente a 4 canali di Liquiline CM442) raccoglie i valori di misura e li trasmette attraverso una rete di telefonia mobile all'ecosistema Netilion, utilizzando un dispositivo edge SGC400 Modbus.
È stato anche installato un sistema di pulizia ad aria compressa per ridurre lo sforzo di manutenzione e garantire misure sempre accurate.
In conclusione, l'installazione di sistemi IIoT che utilizzano tecnologie di misurazione dell'acqua, collegati al cloud e ai dispositivi mobili, è un passo importante verso la gestione attiva e l'ottimizzazione dell'acquacoltura.
La raccolta e l'analisi dei dati migliorate e automatizzate attraverso l’IoT Industrial application sono fondamentali per comprendere la qualità dell'acqua in modo costante e identificare le fonti di inquinamento più impattanti. Fortunatamente, sono disponibili strumenti e metodi IIoT per stabilire un programma completo di misurazione e monitoraggio.
Questo è un primo passo necessario negli sforzi per proteggere le risorse idriche: qui puoi scaricare il nostro insight per scoprire come l’IIoT può aiutarti a superare le sfide produttive del tuo impianto. Clicca sul bottone qui sotto se vuoi parlare con un nostro esperto!
