Sensori di flusso a ultrasuoni per l’industria del riscaldamento – Allengra
July 1, 2017, 9 minute read
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Il principio ultrasonico nei sensori di flusso è utilizzato nell'industria del riscaldamento da diversi decenni. Tuttavia, a causa dell'elevato costo unitario dei sensori, questa tecnologia non è stata a lungo considerata interessante per prodotti di largo consumo nel settore termico. Oggi, una startup altamente specializzata ha cambiato questa prospettiva – Scopri di più sulla tecnologia ultrasonica.
Allengra GmbH: Innovazione nella strumentazione di precisione
Allengra GmbH è un’azienda innovatrice nel campo della strumentazione di precisione. Fondata nel 2005 dall’ingegnere Dipl.-Ing. Raul Junker, l’azienda si è affermata come leader nella tecnologia dei misuratori di flusso a ultrasuoni. Con sede a Ravenstein, vicino al polo economico di Heilbronn, Allengra GmbH si è specializzata nella produzione di sensori di flusso ultrasonici di alta qualità e affidabilità. Questi sensori sono fondamentali in numerosi settori, dalla farmaceutica alla petrolchimica, garantendo efficienza operativa e successo per una clientela diversificata.
Quando, nel 2000, Raul Junker contattò un produttore di chip sensori di Karlsruhe-Stutensee per un noto produttore tedesco di contatori d’acqua, era chiaro a tutti in quale direzione si sarebbe evoluto il mercato dei contatori idrici. Sebbene la misurazione meccanica del flusso d’acqua sia ancora tra le più diffuse, la misurazione ultrasonica offre vantaggi sempre più convincenti. Essendo un metodo non invasivo, è particolarmente adatta per impianti di riscaldamento e applicazioni industriali, ad esempio per determinare i volumi consumati o ottimizzare interi processi grazie alla tecnologia di controllo.
I sensori ultrasonici non utilizzano contatori meccanici, evitando così l’usura delle parti e mantenendo la precisione della misurazione per tutta la loro lunga durata. Tuttavia, all’inizio degli anni 2000, i costi di produzione dei contatori meccanici non potevano ancora essere eguagliati da quelli dei sensori ultrasonici.
Nel 2005, Junker fondò Allengra con l’obiettivo di sviluppare un’alternativa economica ai contatori meccanici. Aveva già un’idea chiara dell’idraulica e, durante un incontro con il produttore di chip, disegnò uno schizzo su un tovagliolo. L’allora amministratore delegato Andreas Larsch fu così convinto del progetto da mobilitare tutte le risorse aziendali per realizzare un prototipo funzionante in poche settimane.
Contemporaneamente, la multinazionale Viessmann si interessò a un sensore di portata adatto per i suoi apparecchi a gas a parete di fascia alta. La motivazione di Viessmann nella collaborazione con Allengra risiedeva nei vantaggi metrologici della tecnologia ultrasonica e nel design compatto del sensore.
Il chip time-to-digital ad alta precisione, cuore del sensore, si rivelò ideale per questa applicazione. Con il supporto del produttore di chip, Allengra completò progettazione ed elettronica in tempi record. I lavori iniziarono nell’estate del 2010 e, già un anno dopo, Allengra consegnò a Viessmann il sensore di portata finito e pronto per la produzione in serie.
Grazie alle nuove generazioni di chip sensori e ispirata dal successo con Viessmann, Allengra ampliò rapidamente le funzionalità dei sensori, aprendo a nuove applicazioni. Nel 2013, un altro cliente del settore termico richiese una combinazione tra misurazione della pressione e del flusso ultrasonico. Allengra avviò così un nuovo sviluppo OEM e, dal 2016, fornisce sensori integrabili in moduli idraulici compatti. Oltre a flusso e pressione, questi sensori combinano anche temperatura e differenziale termico flusso/ritorno in un unico modulo.
Vantaggi di questa soluzione:
Unità elettronica singola: Un solo circuito riduce complessità e costi.
Comunicazione efficiente: Un’interfaccia bus unica trasmette più dati contemporaneamente al controllore della caldaia.
Sensori integrati: I produttori ricevono tutti i sensori da un’unica fonte.
Nessun alloggiamento separato: L’integrazione con l’idraulica elimina la necessità di un housing aggiuntivo.
L’uso dei sensori di flusso ultrasonici è ideale anche per un’altra applicazione cruciale nel riscaldamento: il bilanciamento idraulico. I sensori Allengra sono utilizzati con successo da anni nei sistemi Viessmann "Vitoflow" per impianti a radiatori.
Grazie a un sensore integrato nella caldaia o in un kit di misurazione, è possibile determinare la resistenza al flusso dell’intero circuito e calcolare le impostazioni delle valvole termostatiche, inviandole all’installatore. L’integrazione nei distributori dei circuiti di riscaldamento permette di estendere la misurazione anche ai sistemi a pavimento, garantendo un bilanciamento idraulico permanente se abbinato a una valvola di regolazione.
Tutti i circuiti possono così essere coordinati tra loro, adattandosi alle variazioni di carico termico. Se la pompa è inclusa nel controllo, può operare alla velocità minima necessaria, ottimizzando i consumi.
Poiché il bilanciamento idraulico è ora obbligatorio per nuovi impianti, ristrutturazioni e modifiche, Allengra contribuisce in modo significativo con un risparmio energetico fino al 15%.
Interfacce integrate e funzionalità estese hanno aperto nuove possibilità nella misurazione ultrasonica del flusso. Il vantaggio principale di questa soluzione a chip singolo è la maggiore robustezza e precisione.
Nel 2015, Allengra sviluppò una variante compatta ed economica per applicazioni in riscaldamento, impianti industriali e sistemi di dosaggio, adatta a tutti i liquidi a base acquosa, con o senza additivi.
Grazie alle diverse postazioni di test realizzate nei suoi progetti, Allengra identificò elementi ricorrenti nei sensori di flusso: un sensore per la pressione, uno per il differenziale, un sensore di pressione statica, un termometro e un misuratore di flusso/volume, oltre a un attuatore e una valvola di controllo. Da questi requisiti nacque l’idea della "Smart Valve".
Nel 2015, Allengra iniziò a progettare un sensore compatto abbinato a un attuatore collaudato e a un sistema di controllo a valvola ceramica. Alcuni clienti parteciparono allo sviluppo e, negli anni successivi, sempre più aziende mostrarono interesse per questa valvola altamente integrata, ideale per riscaldamento e dosaggio. Dopo tre anni di test, Allengra presentò la Smart Valve all’ISH 2017 di Francoforte.
"La Smart Valve offre numerosi vantaggi: un solo circuito integrato, un cavo di collegamento e un housing che racchiude cinque sensori in uno spazio ridotto, senza necessità di ulteriori tenute. Solo pochi anni fa, un’applicazione del genere era impensabile."
– Raul Junker, fondatore e proprietario di Allengra GmbH
Per la Smart Valve, Allengra investì in una linea di produzione prototipi per componenti ceramici, caratterizzati da bassa coppia e alta densità. Gli attuatori furono sviluppati in collaborazione con un esperto progettista di riduttori. Per soddisfare tutti i requisiti meccanici, Allengra acquistò una nuova fresatrice con connessione CAD/CAM e ampliò il proprio parco macchine con presse per stampaggio a iniezione.
La Smart Valve opera in un range di 5-100 °C e 0-6 bar, con comunicazione via UART, PWM, uscita a impulsi e altri protocolli. Alimentata da una batteria al litio a lunga durata, è realizzata in plastica (o ottone su richiesta). Senza parti meccaniche in movimento, particelle o sporco non ne compromettono precisione o stabilità nel tempo.
Ideale per l’industria alimentare (grazie all’assenza di zone morte), Allengra prevede di sviluppare una versione per gas e aria basata sullo stesso principio.
"Le sinergie tra clienti innovativi, partner e il nostro team eccellente hanno reso tutto questo possibile."
Con l’inaugurazione del nuovo stabilimento nel 2017, Allengra ha confermato che la Smart Valve è pronta per la produzione in serie.
