Trio forte in azione continua

Fig. 1: Tecnologie di misurazione - Sensori di umidit�

Fig. 2: Tecnologie di misurazione - Sensori di temperatura

Fig. 3: Tecnologie di misurazione - Sensori di pressione differenziale

Fig. 4: Tecnologie di misurazione dell'umidità - Precisione della misurazione

Tabella 1: Confronto dei costi operativi - diverse tecnologie di misurazione dell'umidit�

Ritratto di Marco Cau

Per prodotti dell'industria farmaceutica, dei semiconduttori e dell'industria solare, un ambiente controllato in camera bianca è la condizione più importante per garantire un'alta qualità e un basso tasso di scarto. L'uomo percepisce a malapena qualche % di umidità relativa in più o in meno, mentre per un prodotto ciò può essere decisivo. Per garantire il rispetto delle condizioni climatiche richieste, è indispensabile utilizzare strumenti di misurazione del clima di alta qualità, poiché questi occupano il primo posto nella catena di misurazione/controllo/regolazione e influenzano direttamente gli elementi successivi come ventilatori, umidificatori, ecc. Nella progettazione della camera bianca, quindi, è importante prestare grande attenzione alla sensoristica.

Nei moderni ambienti di camera bianca, i sensori di clima svolgono un ruolo sempre più importante, poiché sono responsabili della qualità dell'aria stabile e conforme. Tipicamente, nelle camere bianche vengono quasi esclusivamente utilizzati sensori di umidità, temperatura e pressione differenziale, il cui compito è di determinare continuamente il valore attuale e di emettere un segnale di controllo standardizzato. Idealmente, questo segnale dovrebbe essere preciso, riproducibile e stabile. I valori di riferimento richiesti e la precisione dei parametri climatici dipendono principalmente dall'ambito di applicazione. Una camera bianca in una produzione farmaceutica viene definita diversamente rispetto a camere bianche in microtecnologia, tecnologia medica o in ospedali. Per soddisfare queste, a volte elevate, esigenze, è importante scegliere i sensori secondo determinati criteri. Esistono grandi differenze in termini di accuratezza, riproducibilità e stabilità degli strumenti di misurazione del clima, e la tecnologia di misurazione utilizzata svolge un ruolo importante in questo.

Sensori di umidità
Qui si distinguono la tecnologia di misurazione capacitiva ed elettrolitica resistiva. Il metodo capacitivo si basa su un dielettrico che assorbe l'acqua dall'umidità dell'aria. Questo modifica la capacità del sistema e produce un determinato segnale. Nei sensori elettrolitici resistivi, invece, si misura la conducibilità di un elettrolito liquido, che cambia durante l'assorbimento e la perdita di acqua. In entrambe le tecnologie, il valore grezzo viene elaborato elettronicamente per ottenere infine il valore di umidità effettivo.

Sensori di temperatura
Per i sensori di temperatura, esiste un'ampia gamma di tecnologie, di cui verranno trattate solo le più comuni. Sono questi i sensori PT100/PT1000 e i cosiddetti sensori NTC. Entrambi misurano la temperatura ambiente in base alla dipendenza della resistenza elettrica dell'elemento. Nel caso dei PT100/1000, si tratta di platino, mentre negli NTC sono ossidi metallici. Quando la temperatura aumenta o diminuisce, anche la resistenza aumenta o diminuisce, e viene emesso un segnale corrispondente.

Sensori di pressione differenziale
Gli ultimi sono i sensori di pressione differenziale. Questi misurano la differenza di pressione tra l'aria di una zona grigia e di una camera bianca, tra diverse classi di camere bianche o in cascata di pressione. Fondamentalmente, si distinguono tra misurazione della pressione dinamica e statica. La prima avviene tramite un sensore di flusso di massa, che misura la massa d'aria che attraversa il sensore dal livello di pressione più alto a quello più basso e la converte in una pressione differenziale. D'altra parte, i sistemi statici misurano il cambiamento di impedenza che si verifica durante la deformazione di uno strato di silicio piezoresistivo inserito in una membrana.

Selezione del sensore
Purtroppo, gli strumenti di misurazione del clima vengono spesso scelti solo in base ai costi di acquisto. Tuttavia, considerare i costi come unico criterio di selezione si rivela spesso insufficiente. È invece importante considerare anche gli aspetti tecnici, come ad esempio la precisione di misurazione, la stabilità, il tempo di risposta, l'isteresi, ecc. Non bisogna dimenticare che all'inizio di ogni catena di misurazione/controllo/regolazione c'è sempre un sensore o uno strumento di misurazione del clima, che acquisisce il valore attuale e lo trasmette agli attuatori. La sensoristica svolge quindi un ruolo centrale nel concetto complessivo di un sistema di climatizzazione. Tuttavia, considerando i seguenti aspetti, si può garantire un funzionamento senza problemi e a costi contenuti.

Come regola generale: la misurazione dovrebbe essere circa 5-8 volte più accurata rispetto alla "PUNTO DI AZIONE", cioè alla precisione richiesta nel processo. Questo fattore deriva dalla somma delle tolleranze in tutta la catena di misurazione/controllo/regolazione, che include sensori, attuatori, ventilatori, sistemi di filtrazione, umidificatori, alette di ventilazione, ecc.

Esempio di misurazione dell'umidità:
Una precisione di misurazione di +/- 2% rF con un fattore di 5-8 porta a una precisione di regolazione nel processo di +/- 10 fino a +/- 16% rF, che di solito non è sufficiente in una camera bianca. Con una precisione di misurazione di +/- 0,5% rF, si ottiene una precisione nel processo di +/- 2,5 fino a +/- 4% rF. Questa precisione è generalmente sufficiente.

L'investimento in strumenti di misurazione precisi vale sicuramente la pena. Eventuali costi aggiuntivi per gli strumenti di misurazione si confrontano con i miglioramenti nel processo e con la riduzione dei costi operativi ed energetici. Processi ottimizzati consentono i seguenti benefici di riduzione dei costi: minore consumo di energia per il trattamento dell'acqua e l'umidificazione dell'aria; tempi di funzionamento più lunghi dei sistemi di filtrazione; durata più lunga degli umidificatori; cicli di calibrazione e regolazione più lunghi; riduzione dei cicli di regolazione; in generale, minori regolazioni dell'impianto.

Per sfruttare questi potenziali risparmi, la scelta della tecnologia giusta è fondamentale, come illustrato dal seguente esempio.

Posizionamento del sensore
La scelta del sensore è solo la metà dell'opera. Oltre alla qualità del sensore, anche il suo posizionamento svolge un ruolo importante. Il sensore può esprimere appieno le sue potenzialità solo se è posizionato nel punto giusto. La vicinanza al processo è un criterio principale, cioè il sensore dovrebbe misurare il più vicino possibile al processo e i valori rilevati dovrebbero essere immediatamente convertiti in un segnale di regolazione e trasmessi. Altri criteri sono una facile accessibilità per la calibrazione e la sostituzione, una protezione ottimale contro disinfettanti (ad esempio H2O2), una collocazione nel tratto di alimentazione dell'aria, attraverso il quale viene fornita aria fresca alla camera bianca, e infine un'installazione in aree in cui vengono rispettate le condizioni di esercizio indicate dal produttore (ad esempio temperatura, condensa, vibrazioni, ecc.). Se questi criteri vengono considerati, la precisione di misurazione, la riproducibilità, la stabilità a lungo termine e la durata dei sensori possono essere migliorate significativamente.

I programmi di risparmio sui costi non sono più un'opzione, ma una necessità. L'efficienza di interi sistemi deve essere attentamente verificata e inclusa nelle analisi dei costi, non solo quella delle singole componenti. Non ha senso se un umidificatore di alta gamma efficiente viene controllato da un sensore impreciso e con isteresi elevata.

Nel calcolo complessivo, eventuali costi aggiuntivi per l'acquisto di tecnologie di misurazione di prima qualità vengono ammortizzati in breve tempo, la qualità dell'aria di una camera bianca ottimale per il processo è garantita e il consumo energetico viene ridotto. E, non da ultimo, grazie al risparmio energetico, si dà anche un contributo importante all'ambiente. In breve: una vera situazione WIN-WIN!