Tillverkningen av gipsskivor är i hög grad beroende av exakt fuktkontroll, så noggranna mätningar av temperatur och fuktighet under torkningsprocessen är avgörande. Processförhållandena förändras dock avsevärt på kort tid, vilket kan vara utmanande för många sensorer på marknaden. 

I ett försök att hitta sätt att förbättra processens effektivitet och hållbarhet har ingenjörer på Saint-Gobain i Frankrike samarbetat nära med Vaisala för att utveckla övervakningslösningar som hjälper till att optimera gipsskivornas kvalitet, förbättra effektiviteten, spara energi och öka hållbarheten.

Många olika industriella processer involverar torkning, som ofta är det mest energikrävande steget i processen, så noggrann övervakning och styrning av torkningen kan leda till betydande förbättringar.

Gipsskivor har haft ett enormt inflytande på den globala byggbranschen sedan de först utvecklades i början av 1900-talet. Gipsskivorna är lätta, enkla att installera, fukt-, brand- och mögelresistenta och har goda isoleringsegenskaper, vilket har gjort att gipsskivor har blivit världens mest använda byggmaterial för innerväggar och -tak, efter betong.

Saint-Gobain är världens ledande företag inom lätt och hållbart byggande, med omkring 161 000 anställda och fler än 1 100 fabriker världen över. Saint-Gobain har skrivit under många globala hållbarhetsinitiativ och åtagit sig att uppnå nettonollutsläpp senast 2050. Företagets kärnsyfte är att ”göra världen till ett bättre hem”.

Utvecklingen av Saint-Gobains varianter av gipsskivor började med förvärvet av bolaget British Plaster Board 2005. Idag är företaget starkt fokuserat på att förbättra tillverkningen av gipsskivor – där produktkvaliteten ökar och klimatavtrycket minskar.

Saint-Gobain har tre kontroller under torkningsprocessen – temperatur, luftflöde och luftfuktighet. För att dessa kontroller ska kunna styras korrekt krävs dock exakta mätningar av luften inuti torkarna.

Mätningsutmaningen

Gipsskivor tillverkas genom att man häller en gipsslurry på kartong, torkar slurryn och lägger till ett andra papperslager för att skapa en sandwichstruktur. Gipset härdas och skärs till paneler, vilka passerar genom torkugnar för att uppnå rätt fukthalt. Hela processen kan ta mindre än en timme, och under tiden kan produkten utsättas för temperaturer på upp till 300 °C, beroende på processen, och luftens fukthalt varierar avsevärt under processens gång.

– Dessa förhållanden skapar en betydande utmaning för sensorer, förklarar Jérôme Cantonnet, Drying process Team Leader på Saint-Gobain och fortsätter:

– I början provade vi flera olika leverantörer av fuktighets- och temperatursensorer och vi upptäckte att deras produkter inte var tillräckligt exakta.

Saint-Gobain var en av pionjärerna inom daggpunktmätning vid torkning av gipsskivor. De valde daggpunktssensorer eftersom de ger ett absolut mått på fukten i luften, till skillnad från luftfuktighet, vilken förändras med temperaturen. En avgörande faktor är att det inte finns några motsvarande daggpunktssensorer på marknaden som tål de höga temperaturerna på upp till +350 °C. Saint-Gobain inledde därför ett samarbete med Vaisala omkring 2010, och företagen har arbetat tillsammans för att anpassa Vaisalas daggpunktssensorer efter de specifika kraven i Saint-Gobains tillverkning av gipsskivor.

För Saint-Gobain är det absolut nödvändigt att kunna utvärdera hur tillförlitliga mätningarna är genom tillgång till och övervakning av sensorernas diagnostikdata. Vaisala utvecklade därför en specialanpassad konfiguration av sin daggpunkts-, temperatur- och fuktighetsprob DMP6, så att den ger data om dessa parametrar.

Normalt krävs fyra DMP6-prober i en fabrik för gipsskivor – tre för att kontinuerligt övervaka torkugnarna samt en fjärde för kalibrering och som reserv.

Fördelarna med Vaisalas daggpunktssensorer

Vaisalas DMP6 löser många av problemen som uppstod vid de tidiga försöken med fuktighetssensorer från andra leverantörer. Detta beror främst på Vaisalas DRYCAP®-teknik.

DRYCAP kombinerar en kapacitiv tunnfilmspolymersensor med en automatisk kalibreringsfunktion. Sensorns tunnfilmspolymer adsorberar eller släpper ut vattenånga när den omgivande fuktigheten ökar eller minskar. Detta orsakar en förändring i kapacitansen, och denna förändring omvandlas till en fuktighetsavläsning. Den kapacitiva polymersensorn är sammanfogad med en temperatursensor, och daggpunkten beräknas från fuktighets- och temperaturavläsningarna.

Fördelarna med DRYCAP-sensorerna är kondensationsbeständighet, tack vare materialen i sensorn, samt en extra uppvärmningsfunktion som gör att sensorn torkar fortare i en kondenserande miljö. DRYCAP ger också immunitet mot kontaminering från partiklar, oljeånga och de flesta kemikalier. Om sensorn blir blöt torkar den snabbt och återfår sin snabba svarstid. I miljöer med låg fuktighetsnivå kalibreras sensorn automatiskt för att säkerställa noggranna, tillförlitliga och stabila mätningar.

– Vaisalas DMP6 visade sig vara en mycket effektiv lösning, förklarar Jérôme. Den kan bibehålla noggrannheten över ett brett temperaturområde, med begränsad avvikelse och ett mycket lågt underhållsbehov. Den mäter direkt inne i ugnen, så ingen provledning behövs, och svarstiden är mycket snabb, tillägger han.

Energieffektivitet är den viktigaste drivkraften bakom hög noggrannhet vid mätning av fukt i torkugnarna. Jérôme ger ett exempel: ”En liten minskning i daggpunktmätningens noggrannheten, på till exempel ±2 °C, kan innebära att energieffektiviteten minskar med upp till 10 %. Detta är oerhört betydelsefullt med tanke på att vår anläggning i Paris har en elförbrukning på mer än 30 MW.”

Värmeugnarna i fabrikerna för gipsplattor drivs vanligtvis av naturgas med elektriska fläktar. Genom noggrann övervakning och styrning kan man undvika att köra ugnarna på full kapacitet och istället hantera dem för att optimera energieffektiviteten. Dessutom har Saint-Gobain, i linje med sina mål om utfasning av fossila bränslen, redan gjort två av sina anläggningar helt elektriska.

Med blicken mot framtiden

Det långsiktiga samarbetet mellan Vaisala och Saint-Gobain har resulterat i en mätningslösning som uppfyller de specifika behoven inom tillverkning av gipsskivor. Saint-Gobain har implementerat lösningen genom att tillämpa god praxis vid användningen av sensorer och vid främjandet av energieffektivitetsmål på koncernens globala anläggningar.

– Detta är ett bra exempel på hur vi ständigt söker efter lösningar på miljörelaterade utmaningar, förklarar Jérôme Cantonnet.

Så här säger Juhani Lehto från Vaisala:

– Vi är mycket glada över att ha etablerat detta samarbete med Saint-Gobain. Inte bara för att det har gjort det möjligt för oss att vidareutveckla våra produkter, utan också för att Saint-Gobain och Vaisala delar gemensamma hållbarhetsmål. Vårt kärnsyfte är ’Taking every measure for the planet’, så det är härligt att kunna hjälpa Saint-Gobain på vägen mot koldioxidneutralitet.

Huvudbild: Vaisalas Indigo520-transmitter och DMP6-daggpunktsprob används för att övervaka fuktförhållandena i torkugnar för gipsskivor.

Bilder: Saint-Gobain