La rubrica
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Questa rubrica “The Expert Opinion” è stata redatta da Ritesh Raj, Growth Engineer presso Mindlabs Cloud, azienda che implementa sistemi di monitoraggio ambientale basati sull’IoT (Internet delle cose) lungo le catene del freddo farmaceutiche, negli stabilimenti di produzione conformi alle GMP (buone pratiche di fabbricazione) e nelle operazioni di stoccaggio a freddo regolamentate in tutto il mondo. In questo articolo, Raj illustra la necessità per gli operatori dei magazzini frigoriferi di riesaminare le proprie ipotesi relative al posizionamento dei sensori di monitoraggio della temperatura e alla loro taratura, a seguito del passaggio dagli HFC ai refrigeranti naturali.
Ritesh Raj: Gli operatori dei magazzini frigoriferi nei settori alimentare e farmaceutico stanno passando ai refrigeranti naturali a un ritmo rapido. Le discussioni tecniche relative a queste transizioni tendono a concentrarsi sul refrigerante stesso: profili di pressione del sistema, scelta del compressore, strategie di sbrinamento e riduzione della carica di ammoniaca (R717), ad esempio. Ciò che riceve un’attenzione notevolmente minore è ciò che accade al sistema di monitoraggio della temperatura all’interno della cella frigorifera. Questa svista è più rilevante di quanto la maggior parte degli operatori si renda conto, e si riflette nei registri di conformità.
Perché cambia l’ambiente termico – non solo il refrigerante
I sistemi di refrigerazione a CO₂ transcritica (R744) funzionano a pressioni significativamente più elevate rispetto ai sistemi HFC che in genere sostituiscono, ed eseguono cicli di sbrinamento più frequenti e intensi. Mentre un sistema HFC potrebbe sbrinarsi ogni 12-24 ore, un sistema con booster a CO₂ effettua comunemente lo sbrinamento ogni quattro-sei ore utilizzando gas caldo. Ogni evento di sbrinamento introduce un impulso termico controllato nello spazio refrigerato. Tali impulsi presentano un profilo temporale, una temperatura di picco e una curva di recupero diversi rispetto a quelli generati dal sistema precedente.
Ciò è rilevante per il monitoraggio della temperatura poiché i sensori e le soglie di allarme in una cella frigorifera sono stati calibrati in base al comportamento ciclico del vecchio sistema. Un sensore di monitoraggio posizionato in modo da evitare il verificarsi di falsi allarmi causati dagli impulsi di sbrinamento dell’HFC – posizionato e con soglie impostate per quel profilo temporale – potrebbe ora trovarsi in una posizione del tutto inadeguata rispetto al modello di sbrinamento di un sistema a CO₂. Potrebbe assorbire un impulso termico maggiore di quello per cui è stato progettato, oppure potrebbe trovarsi in una posizione in cui la nuova configurazione dell’evaporatore crea una zona morta nel flusso d’aria.
I sistemi a ammoniaca introducono una serie diversa di considerazioni relative al monitoraggio. Negli impianti in fase di transizione verso progetti a basso carico di ammoniaca, in cui vengono utilizzati circuiti secondari di CO₂ per ridurre la quantità di ammoniaca presente nella cella frigorifera, la configurazione dell’evaporatore e la distribuzione del flusso d’aria all’interno dell’area di stoccaggio spesso cambiano in modo sostanziale rispetto alla disposizione preesistente del sistema HFC. I sensori di temperatura posizionati in base al flusso d’aria del sistema precedente non risultano automaticamente posizionati correttamente per quello nuovo.
L’ipotesi di calibrazione che deve essere rivista
La maggior parte degli operatori di celle frigorifere considera la calibrazione dei sensori come un’attività da svolgere in fase di messa in servizio. Viene rilasciato un certificato di taratura, il sistema di monitoraggio viene messo in servizio e si presume che la lettura sia accurata a meno che non vi sia un problema visibile. Tale presupposto è fragile in qualsiasi sistema, poiché i sensori subiscono derive dovute ai cicli termici, all’esposizione all’umidità e alle vibrazioni, indipendentemente dal refrigerante utilizzato. Ciò diventa particolarmente problematico nel periodo immediatamente successivo alla transizione del refrigerante.
I sistemi di refrigerazione a CO₂ transcritica funzionano a pressioni operative più elevate e producono caratteristiche di vibrazione diverse rispetto alle apparecchiature HFC tradizionali. Le vibrazioni meccaniche accelerano la deriva nei sensori capacitivi di umidità e temperatura. Se una struttura mette in servizio un sistema a CO₂ a gennaio e gestisce il monitoraggio sulla base dei valori di riferimento di calibrazione dell’era degli HFC fino a giugno, il registro di conformità per quel periodo riflette un presupposto di accuratezza dei sensori che non è mai stato verificato rispetto al profilo operativo del nuovo sistema.
Per gli operatori del settore della conservazione a freddo di prodotti farmaceutici, non si tratta di una preoccupazione astratta in materia di conformità. Le linee guida GDP (buone pratiche di distribuzione) richiedono prove documentate e continue del mantenimento degli intervalli di temperatura durante l’intero periodo di stoccaggio. Se un sensore che risultava accurato in un sistema HFC ha subito una deriva nelle condizioni operative di un sistema a CO₂, il registro di conformità non riflette tale deriva. Esso riflette una lettura che appariva plausibile ma che non misurava più con precisione l’ambiente di stoccaggio. Per i produttori alimentari, lo stesso principio si applica nell’ambito dell’HACCP (Analisi dei rischi e punti critici di controllo) e dei requisiti di tracciabilità previsti dal Food Safety Modernization Act (FSMA) della FDA statunitense.
«L’infrastruttura di monitoraggio che garantisce la qualità del prodotto e l’integrità della conformità non si aggiorna automaticamente quando cambia il refrigerante.»
Ritesh Raj,
Ingegnere di crescita presso Mindlabs Cloud
Cosa dovrebbe includere un protocollo di verifica della transizione
La transizione al refrigerante naturale rappresenta un punto di svolta naturale per un riadeguamento del monitoraggio ambientale che la maggior parte degli operatori attualmente trascura. Innanzitutto, è necessario riesaminare la disposizione dei sensori prima di dichiarare il sistema in servizio. Mappare i nuovi schemi di flusso d’aria derivanti dalla configurazione dell’evaporatore a refrigerante naturale e confermare che le posizioni esistenti dei sensori rimangano nella zona di campionamento rappresentativa: a metà ripiano, lontano dalla serpentina dell’evaporatore, lontano dalla prossimità della porta e lontano dai percorsi di ritorno dell’impianto di climatizzazione.
In secondo luogo, stabilite nuove letture di riferimento rispetto a un campione tracciabile secondo gli standard NIST (National Institute of Standards and Technology) immediatamente dopo la messa in servizio e nuovamente 30 giorni dopo la messa in servizio. Il controllo a 30 giorni consente di individuare tempestivamente eventuali scostamenti introdotti dal profilo operativo del nuovo sistema prima che si aggravino. Documentare entrambe le letture indicando il modello della sonda di riferimento, il numero di certificato e il delta.
In terzo luogo, rivedere le soglie di allarme per tenere conto della tempistica del ciclo di sbrinamento del nuovo sistema. Se gli eventi di sbrinamento a CO₂ si verificano ogni sei ore, le soglie devono essere convalidate in base all’effettiva curva di recupero termico del nuovo sistema e non essere ereditati dal profilo di sbrinamento più lento del sistema a HFC.
In quarto luogo, per gli impianti in fase di transizione verso sistemi a ammoniaca, consideri il monitoraggio del gas ammoniacale come parte integrante dell’ambito del monitoraggio ambientale, non solo come un requisito di conformità in materia di sicurezza. I sensori elettrochimici standard per l’ammoniaca presentano difficoltà in ambienti con temperature inferiori allo zero a causa del congelamento dell’elettrolita, e la scelta del sensore deve essere convalidata in base all’effettivo intervallo di temperatura dell’area di stoccaggio.
Il principio generale
La transizione verso i refrigeranti naturali rappresenta un passo significativo per gli operatori del settore della conservazione a freddo che gestiscono il proprio impatto ambientale e la propria posizione normativa. Tuttavia, l’infrastruttura di monitoraggio che garantisce la qualità del prodotto e l’integrità della conformità non si aggiorna automaticamente al cambiare del refrigerante. Un sistema a CO₂ o ad ammoniaca installato su un impianto di monitoraggio risalente all’era degli HFC – con gli stessi sensori, le stesse posizioni e gli stessi presupposti di calibrazione – crea un divario tra il profilo ambientale migliorato del refrigerante e l’accuratezza dei dati di conformità che dovrebbe supportare.
La transizione al nuovo refrigerante rappresenta il momento ideale per colmare tale divario, poiché il sistema è già in fase di riprogettazione e le interruzioni operative sono già previste nel piano di progetto.
