Versati un caffè da una macchina, spillati una birra o riempi una bottiglia a un distributore d'acqua: è molto probabile che, da qualche parte dietro le quinte, un misuratore di portata abbia appena svolto il suo lavoro. Questi piccoli sensori monitorano con precisione la quantità di liquido che attraversa un sistema e, nella produzione di alimenti e bevande, questo compito è più importante di quanto si possa pensare. Se la misurazione è errata, si ottengono bevande non uniformi, prodotto sprecato o, peggio ancora, un problema igienico che nessuno vorrebbe dover spiegare a un ispettore sanitario.
Questo articolo spiega come funzionano realmente i misuratori di portata, dove vengono impiegati nel settore alimentare e delle bevande e quali altre tecnologie di misurazione competono per lo stesso ruolo. Alla fine, comprenderai perché i misuratori di portata a ultrasuoni, e in particolare il principio time-of-flight utilizzato nei sensori Allengra, sono diventati la scelta preferita per le applicazioni igieniche e food-grade.
Come funzionano i misuratori di portata?
Non tutti i misuratori di portata funzionano allo stesso modo, ma quelli più adatti all'uso nel settore alimentare e delle bevande utilizzano un metodo chiamato misurazione ultrasonica time-of-flight.
Immagina due piccoli trasduttori a ultrasuoni montati alle estremità opposte di un percorso di flusso, uno a monte e uno a valle. Ciascun trasduttore può inviare e ricevere onde sonore. Ecco la sequenza:
Il trasduttore a monte emette un'onda sonora che viaggia nella stessa direzione del flusso del fluido, verso il sensore a valle.
Il trasduttore a valle emette un'onda sonora in direzione opposta, contro il flusso, verso il sensore a monte.
Vengono cronometrate entrambe le onde. Quella che viaggia nella direzione del flusso arriva più rapidamente (t1), mentre quella che si muove controcorrente impiega un po' più di tempo (t2).
Questa differenza, con t1 inferiore a t2, indica al sensore la velocità con cui si muove il liquido e la direzione del flusso.
Tutto questo non richiede che il sensore tocchi o interferisca con il fluido. Poiché la misurazione avviene senza contatto con il liquido, un numero inferiore di componenti è esposto a residui di latte, sciroppo o birra, che possono favorire la proliferazione di batteri o causare intasamenti nel tempo: un aspetto importante in qualsiasi contesto alimentare.
I misuratori di portata a ultrasuoni non hanno inoltre parti in movimento, come pale o ingranaggi, quindi nulla all'interno si usura o si blocca. Le microvibrazioni sulla superficie del sensore creano un leggero effetto autopulente, mantenendo il misuratore preciso anche con liquidi non perfettamente puliti. Nelle linee per bevande, dove sciroppi, polpa o minerali possono accumularsi su altre apparecchiature, questa resistenza alle incrostazioni è un vantaggio significativo.
I moderni sensori a ultrasuoni fanno più che misurare il flusso. I design Allengra includono il rilevamento integrato della temperatura, con tempi di risposta inferiori a 0.25 secondi (T09 < 0.25 sec), sufficientemente rapidi per seguire il riscaldamento di un espresso durante l'erogazione. Alcuni modelli rilevano anche le bolle di gas nella linea, una funzione descritta più avanti.
Dove vengono effettivamente impiegati i misuratori di portata nella produzione di alimenti e bevande
Molti misuratori di portata sono installati in profondità all'interno degli impianti industriali. Molti altri, però, sono integrati in apparecchiature utilizzate direttamente dalle persone, da una macchina da caffè per ufficio a un distributore d'acqua di un negozio. Le principali applicazioni si suddividono come segue.
Le macchine da caffè automatiche rappresentano uno dei principali campi di applicazione. Ogni erogazione richiede un volume d'acqua preciso, spesso quasi bollente, quindi il sensore deve gestire sia la precisione sia il calore. È qui che la rapidità di risposta alla temperatura diventa davvero importante: un normale sensore RTD fatica a stare al passo con la velocità con cui l'acqua si riscalda durante la preparazione, mentre un sensore a ultrasuoni ad alta velocità può monitorarla in tempo reale. Il Micro Flow Meter 2nd Gen di Allengra è stato progettato proprio pensando a questo tipo di applicazione: pesa meno di 50 grammi e raggiunge una precisione di ±2% in un design compatto push-fit.
I distributori di acqua e bibite
Richiedono una precisione analoga, soprattutto in contesti commerciali, dove centinaia di porzioni al giorno devono essere erogate sempre nella stessa quantità.
Spremiagrumi
Polpa e fibre compromettono i sensori meccanici. Poiché i misuratori a ultrasuoni non hanno componenti rotanti all'interno del percorso di flusso, resistono meglio nel tempo.
Distributori automatici di birra
La birra è una bevanda gassata, il che rende più difficile la misurazione. Un misuratore meccanico con turbina rotante viene influenzato dalle bolle presenti nel percorso di flusso, producendo erogazioni non uniformi. I sensori a ultrasuoni evitano questo problema e i design Allengra tengono conto delle bevande gassate, garantendo misurazioni accurate indipendentemente dalla pressione o dalla temperatura, fino al punto di erogazione. Il Micro Flow Meter 2nd Gen supporta inoltre la pulizia standard con sfera spugna ∅9.5mm.
Dosaggio di sciroppo e CO2
Il dosaggio è meno visibile per il consumatore, ma è fondamentale per il produttore. Ottenere il corretto rapporto sciroppo-acqua in una linea per bevande, talvolta diluito fino a 1:200, determina se ogni bottiglia avrà lo stesso gusto. Il dosaggio della CO2 nelle linee di carbonatazione segue la stessa logica: una quantità insufficiente rende la bevanda sgasata, mentre una quantità eccessiva la rende troppo frizzante. Un misuratore di portata controlla questa fase di dosaggio, mantenendo costante il rapporto da un lotto all'altro.
Rilevamento di bolle e contenitori vuoti
In una macchina da caffè, un contenitore del latte vuoto non sempre viene segnalato e la pompa può continuare ad aspirare aria invece del latte per diversi cicli prima che qualcuno se ne accorga. Un sensore in grado di rilevare le bolle d'aria nel flusso segnala tempestivamente il problema, evitando cicli sprecati e mantenendo costante la qualità della bevanda.
In tutte queste applicazioni, i microsensori Allengra condividono un insieme di specifiche comuni:
Campo di portata: circa 0.02-5 litri al minuto, a seconda della variante
Pressione di esercizio: fino a 10 o 16 bar
Temperatura: fino a 105°C, dalla distribuzione di acqua fredda alla preparazione di caffè quasi bollente
La pagina di Allengra dedicata al settore alimentare e delle bevande presenta l'elenco completo delle applicazioni e dei casi d'uso.
Altri tipi di misuratori di portata utilizzati nel settore alimentare e delle bevande
Gli ultrasuoni non sono l'unica scelta e le alternative spiegano perché i produttori optino così spesso proprio per questa tecnologia.
I misuratori a turbina e meccanici utilizzano un piccolo rotore o una girante all'interno del percorso di flusso. Sono semplici ed economici, ma proprio la parte rotante rappresenta il loro punto debole: si usura nel tempo, risente della presenza di particelle o bolle nel fluido e richiede una manutenzione più frequente con liquidi non perfettamente puliti.
I misuratori di portata elettromagnetici (magnetici) funzionano in base alla legge di Faraday, rilevando essenzialmente la tensione generata quando un liquido conduttivo attraversa un campo magnetico. Sono precisi e ampiamente utilizzati per acqua e latte, ma presentano un limite: funzionano solo con fluidi conduttivi. Oli, sciroppi e alcuni altri ingredienti per bevande semplicemente non vengono rilevati da un misuratore magnetico, limitandone l'impiego nelle linee di produzione miste.
I misuratori di portata Coriolis misurano direttamente la portata massica rilevando la torsione di un tubo vibrante al passaggio del fluido. Sono considerati una sorta di standard di riferimento per la precisione e possono misurare contemporaneamente densità e temperatura. Il compromesso riguarda dimensioni, costo e perdita di carico. I misuratori Coriolis tendono a essere più ingombranti e costosi delle alternative a ultrasuoni, risultando meno adatti alle applicazioni OEM compatte, come una macchina da caffè o un distributore da banco, dove ogni grammo e ogni centimetro cubo di spazio sono importanti.
Ognuna di queste tecnologie ha il proprio campo di applicazione e, per buone ragioni, le grandi tubazioni industriali talvolta utilizzano misuratori Coriolis o magnetici. Tuttavia, per apparecchiature OEM compatte e igieniche nel settore alimentare e delle bevande, i sensori a ultrasuoni tendono a offrire più vantaggi contemporaneamente: nessuna parte in movimento, funzionamento con quasi tutti i fluidi, conduttivi o meno, dimensioni compatte per gli alloggiamenti più stretti e un'azione autopulente naturale, senza ricorrere a ulteriore manutenzione.
Perché gli ultrasuoni sono la scelta migliore per alimenti e bevande
Gli ultrasuoni non sono la soluzione migliore in ogni scenario. Misurare migliaia di litri all'ora attraverso una grande tubazione industriale può rendere economicamente più conveniente un'altra tecnologia. Per le applicazioni che caratterizzano la maggior parte del settore alimentare e delle bevande, come distributori, macchine da caffè, sistemi di dosaggio e linee per latticini, la combinazione di design igienico, assenza di parti in movimento e flessibilità con diversi tipi di fluido è difficile da eguagliare.
I sensori a ultrasuoni sono inoltre silenziosi, iniziano a misurare già da portata zero (alcuni misuratori meccanici richiedono una soglia minima prima di registrare qualsiasi valore) e rilevano il flusso in entrambe le direzioni. Grazie a materiali approvati per uso alimentare e alle certificazioni per l'acqua potabile, ove pertinenti, il sensore può essere integrato direttamente in apparecchiature destinate a entrare in contatto con ciò che le persone mangiano e bevono.
Se stai progettando un'apparecchiatura per misurare con precisione caffè, latte, succhi, bibite o birra senza aggiungere attività di manutenzione, vale la pena confrontare un sensore a ultrasuoni compatto con il tuo specifico campo di portata e tipo di connessione. La pagina di Allengra dedicata al settore alimentare e delle bevande descrive le applicazioni in maggiore dettaglio, mentre le pagine prodotto del Micro Flow Meter 2nd Gen e dell'Inline Micro Flow Meter riportano tutte le specifiche tecniche per confrontare i dati.
