Ciao Øle e gelato fresco

Fig. 1: Un nuovo sensore di temperatura a auto-calibrazione evita 3000 interruzioni di processo all'anno nella produzione di oli e grassi. (Foto: Endress + Hauser)

Fig. 2: Grande precisione di misura del flusso di massa e della densità, per gelati sfusi o altre funzioni nell'analisi di processo. (Foto: Endress + Hauser)

Fig. 3: Il sensore per la titolazione termometrica presenta il principale vantaggio di essere a manutenzione zero: nessuna calibrazione, nessuna condizionamento, nessun rabbocco di soluzione elettrolitica. (Foto: Metrohm)

Fig. 4: Il principio: alla fine della titolazione la temperatura non aumenta più (reazione esotermica a sinistra) o non diminuisce più (reazione endotermica a destra). (Grafico: Metrohm)

Fig. 5: Sorveglianza completamente automatizzata dei processi 24 ore su 24: sistema moderno di analisi dei processi per la titolazione termometrica. (Foto: Metrohm)

Il termometro simboleggia in modo altrettanto incisivo quanto efficace l'attuale principale tendenza nei sensori di analisi di processo. Alla base di ciò vi è il desiderio di sistemi a bassa manutenzione, autocalibranti.

La misurazione della temperatura rappresenta per un processo funzionante ed economico di molte operazioni nel settore chimico, farmaceutico, alimentare e biotecnologico una condizione necessaria, anzi, addirittura vitale. Questo da solo rende necessaria una calibrazione regolare del termometro. Nel caso di farmaci e alimenti, ciò è inoltre richiesto per motivi regolatori.

Termometri in linea nella produzione alimentare

A questo proposito un esempio: un produttore di oli e grassi vegetali di alta qualità deve rispettare una determinata gamma di temperatura nel processo di produzione — e questo batch dopo batch. Tradizionalmente, il team di produzione rimuove dopo ogni lotto i sensori rilevanti, li calibra e li reinserisce.

Ora esiste un'alternativa elegante: termometri in linea autocalibranti. In questo sistema due sensori lavorano insieme. Un sensore di riferimento calibrato reagisce al superamento della sua temperatura di Curie, ad esempio quando l'impianto di produzione viene pulito dopo il completamento di un lotto. Questo innesca una ricalibrazione del sensore primario. Per farlo, non è nemmeno necessario che un esperto ispezioni l'impianto (a meno che non venga segnalato un malfunzionamento). Tuttavia, l'operatore ha la certezza: «I nostri sensori di temperatura funzionano perfettamente e soddisfano i requisiti regolatori.» Il protocollo di ricalibrazione viene emesso elettronicamente e poi messo a disposizione per scopi di documentazione. Nell'ambito della produzione di oli e grassi menzionata, l'alternativa autocalibrante evita 3000 interruzioni di processo all'anno e altrettante chiamate di tecnici.

Un ulteriore progresso attuale per alcune produzioni alimentari sono i innovativi misuratori di flusso Coriolis. Essi determinano, oltre alla portata di massa, anche la densità come grandezza aggiuntiva. Un sistema recentemente disponibile, grazie a una sofisticata tecnologia multi-frequenza, raggiunge una precisione di misurazione particolarmente elevata. Questa è richiesta, tra l'altro, nel traffico soggetto a taratura metrologica.

La misurazione combinata riesce anche in applicazioni particolarmente difficili. Questo riguarda soprattutto liquidi con alta viscosità e, come ulteriore complicazione, con inclusioni di gas (ad esempio, gelato morbido). Una misurazione affidabile della densità qui funge da prezardo parametro di qualità. Gli stessi sensori offrono anche all'industria petrolifera e del gas vantaggi concreti. In questo segmento, la loro alta precisione nel determinare massa o volume è molto apprezzata.

Termotitolazione — un tempo richiedeva manutenzione complessa

Dalla analisi non distruttiva a quella distruttiva: qui procedure online e in linea — ma attualmente spesso con un obiettivo comune. La tendenza va verso metodi più robusti e a bassa manutenzione, senza la necessità di ricalibrazione. Questo sta spingendo nel campo dell'analisi chimica umida molte tecnologie verso la termotitolazione.

Tradizionalmente si determinava il punto di svolta di una curva di titolazione potenziometrica, ora si guarda alla temperatura al punto di fine titolazione. Proprio qui dovrebbe, dopo un aumento (reazione esotermica) o una diminuzione (reazione endotermica), non cambiare più, perché l'analita è consumato dalla reazione con la soluzione di massa aggiunta. Molto di ciò che era considerato ovvio scompare così: sensori di vetro con membrana pH, riempimento e ricarica con soluzioni elettrolitiche, condizionamento e calibrazione dell'elettrodo.

Un'applicazione interessante riguarda le vasche di acido fluoridrico nel settore dei semiconduttori e della galvanica. L'acido fluoridrico è un mezzo estremamente aggressivo che attacca il vetro; si dovrebbe evitare l'uso delle tipiche elettrodi pH (la «elettrodo di vetro»!). I termotitolatori offrono la possibilità di realizzare tutte le parti a contatto con i media in plastica resistente, rendendole resistenti all'acido fluoridrico.

«Tornare alle origini» conviene

Le innovazioni attuali dimostrano anche che la ricerca di base vale la pena. Per esempio, gli «ingegneri Coriolis» hanno investito diversi anni in ricerca fisica di base per comprendere meglio il comportamento di fluidi complessi. Questo potrebbe gettare le basi per futuri progressi applicativi.