Accurato Fino al Chicco: Il Mini-sensore di Temperatura Consente il Risparmio di Energia nella Produzione del Caffé

Quasi un miliardo di kWh di energia viene consumata annualmente dall'industria alimentare in Germania per esiccare e tostare i chicchi di caffè, le noci e la frutta. Trovare la temperatura ed il tempo di processo ottimale è la chiave per il potenziale massimo risparmio energetico.  L'Istituto Nazionale di Metrologia Tedesco (PTB), utilizzando un compatto sensore di temperatura della HBM, ha ora sviluppato un nuovo processo per misurare la conduttività termica e la diffusibilità termica di piccoli oggetti quali i chicchi di caffè.

Finora, la capacità termica dei chicchi di caffè poteva essere determinata solo usando caffè macinato e pressato. La struttura del materiale non ha alcun effetto su questa costante del materiale. Invece, le proprietà di trasporto termico sono dipendenti dalla struttura e si possono perciò misurare con sufficiente accuratezza solo usando chicchi di caffè non macinato. Poiché i chicchi di caffè erano troppo piccoli per la precedente tecnologia, la conduttività termica e la diffusibilità termica potevano essere stimati solo in modo grossolano.  

Estremamente Piccolo e Potente

Il sensore di temperatura TT-3/100 della HBM ha spessore di solo 50 µm e superficie di misura di 3,1 mm x 3,0 mm. Con queste dimensioni esso si avvicina molto ad essere un sensore "puntiforme", ed infatti viene preso in considerazione per la modellazione matematica di questo nuovo metodo. L'ampio campo operativo di temperatura da -50 °C a +180 °C rende possibile l'impiego del sensore sia per la liofilizzazione che per la torrefazione dei chicchi di caffè. 

Metodo di Misura Innovativo

Grazie alle dimensioni miniaturizzate del TT-3/100, il PTB fu in grado di sviluppare un innovativo metodo di misura per determinare le proprietà termiche dei chicchi di caffè. Il metodo è costituito da diverse fasi. Il chicco di caffè viene innanzi tutto diviso in due parti fra le quali è posto il sensore. Per assicurare un buon contatto termico, le superfici devono essere ben levigate. Il sensore non è incollato, ma solo bloccato sul posto ed agisce contemporaneamente sia come sensore di temperatura che come sorgente definita di calore.

A causa della corrente di alimentazione da 8 a 10 mA, il TT-3/100 si riscalda durante la misurazione. Tanto minore è la capacità del chicco di condurre il calore generato dall'interno all'esterno, tanto più rapidamente ed intensamente aumenta la temperatura e perciò la resistenza elettrica del sensore. 

I risultati di misura per la diffusibilità e conduttività termica sono pronti in pochi minuti. Se è nota la densità del chicco, è possibile calcolarne anche la capacità termica specifica. Ad esempio, questa proprietà si può determinare semplicemente secondo il principio di Archimede. Invece della conduttività termica si può, quindi, determinare l'umidità del chicco.

Risultati Accurati ed Affidabili

L'affidabilità del metodo è stata dimostrata per confronto con provini di riferimento aventi proprietà di trasporto termico perfettamente note. I valori di misura per il calore specifico di un chicco risultano paragonabili a quelli del caffe macinato: essi corrispondono molto strettamente.

Metodo di Misura Efficiente per Molteplici Applicazioni

Il Dott. Ulf Hammerschmidt del PTB è fiducioso che il nuovo metodo darà origine a nuove applicazioni in diverse industrie. L'importanza della conduttività termica e della diffusibilità termica quali parametri dei materiali si estende ben oltre l'industria alimentare. Questo metodo può anche velocizzare prove, monitoraggio ed omologazione dei nuovi materiali isolanti nell'industria edile, fornendo risultati attendibili in pochi minuti anziché in alcuni giorni. Le valutazioni dei materiali da costruzione esistenti potrebbero essere supportate da semplici misurazioni sul campo.

La Cooperazione quale Base dell'Innovazione

Mediante licenze, il PTB mette a disposizione il proprio know-how. A sua volta, la HBM collabora con i titolari delle licenze PTB. La stretta collaborazione fra PTB, i titolari di licenze e la HBM forma la base ideale per lo sviluppo delle innovazioni. Il Dott. Ulf Hammerschmidt esprime la sua approvazione: "Ci piace lavorare insieme alla HBM. Con essa troviamo la competenza tecnica e gli affidabili prodotti di alta qualità di cui necessitiamo per i metodi che creano tendenza."

Il Cliente: PTB

Ulteriori informazioni sul PTB, Istituto Nazionale di Metrologia Tedesco.

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