Automazione per Life Science by Camozzi Automation

Miniaturizzazione, fluidodinamica, monitoraggio remoto: Camozzi Automation lavora nel settore del controllo dei fluidi da oltre 10 anni. Produce dispositivi medicali e strumenti per le biotecnologie e mira a diventare leader nell’automazione per le Life Science

Un settore che cresce a doppia cifra. Il Model based design per monitorare prestazioni e componenti. Il focus sulle soluzioni custom. E sul monitoraggio dei macchinari.

Valvole proporzionali di flusso, regolatori di pressione, elettrovalvole con membrana di separazione del fluido ed elettrovalvole miniaturizzate.

È la tecnologia fluidodinamica utilizzata dai più grandi costruttori europei e mondiali per la produzione di dispositivi medicali e strumenti per le biotecnologie quella della divisione Life Science di Camozzi Automation, azienda appartenente al noto omonimo gruppo bresciano.

«Siamo nel mondo del controllo dei fluidi da oltre dieci anni. Abbiamo un team di esperti con una specifica conoscenza del settore che ci permette di progettare e sviluppare componenti e sistemi che i costruttori di dispositivi e strumenti medicali utilizzano per le più diverse soluzioni e applicazioni», afferma Daniele Giorgi, business developer manager del team Life Science di Camozzi.

Dispositivi e sistemi per la cura del paziente, come apparecchiature odontoiatriche, ventilatori e concentratori di ossigeno, macchine per anestesia. E strumenti nell’ambito analitico-diagnostico, per la cromatografia, l’ematologia e l’analisi molecolare. 

Un mercato in grande evoluzione con tassi di crescita costanti a doppia cifra.

Una dinamica che non sorprende poiché il Life Science riguarda la salute della persona, tema sul quale convergono investimenti importanti in tutte le aree del mondo. «Mentre nell’automazione si producono componenti per gestire flussi di aria compressa per automatizzare impianti o macchine industriali, nel life Science parliamo di tutti i fluidi possibili, liquidi e gassosi. In una macchina per infusione, dedicata al dosaggio dei medicinali, si devono per esempio gestire portate che vanno da pochi millilitri, fino a 200 litri al minuto, come nel caso dei respiratori polmonari», afferma Giorgi.

Tra i fattori competitivi dell’offerta Camozzi per il Life Science, l’ingegnerizzazione di nuovi prodotti e la progettazione di manifold personalizzati in cui vengono assemblati in un unico blocco tutti i componenti necessari per realizzare specifiche soluzioni, come nel caso dei ventilatori, un dispositivo medicale che può contenere fino a 20 diverse tipi di valvole.

Nello stabilimento bresciano di Polpenazze, dove è presente una parte della produzione di Camozzi Automation, i componenti vengono assemblati in camera bianca.

La sala ISO 9 è dedicata alle soluzioni per il comparto dentistico e per la produzione di componenti non invasivi, la sala ISO 7 al montaggio di prodotti e blocchi funzionali per tutte le macchine medicali e per strumenti utilizzati in biotecnologia.

Parti di valvole ed elettrovalvole on-off e proporzionali, regolatori ed accessori prima di entrare in camera bianca per l’assemblaggio ed il collaudo sono trattati da una stazione di lavoro che esegue il lavaggio per evitare qualsiasi tipo di contaminazione. «La qualità del processo di produzione è fondamentale. In un qualunque progetto la prima cosa che ci viene chiesta è se il processo è validato e conforme agli standard internazionali, se il componente è stato pulito, lavato e montato in ambienti ad atmosfera controllata», dice Giorgi.

Molte delle soluzioni sviluppate nascono da una vera e propria collaborazione progettuale.

Un esempio riguarda la progettazione di un dispositivo per l’angiografia, soluzione che è nata dalle rilevanze di uno studio di settore.

«L’idea era avere uno strumento che consentisse di insufflare in vena un fluido di contrasto alternativo allo iodio – afferma Daniele Giorgi – sostanza che viene comunemente utilizzata in angiografia ma che presenta dei problemi di potenziale tossicità».

Ecco, quindi, un iniettore predisposto per utilizzare come fluido di contrasto l’anidride carbonica, sostanza presente nel nostro organismo che ha tempi di smaltimento molto più rapidi dello iodio, circa 20 secondi rispetto a settimane o addirittura mesi.

Il prodotto è stato realizzato secondo specifica, con componenti proporzionali in grado di gestire pressione e portata compatibili con l’organismo umano.

Altro progetto innovativo, quello che ha previsto lo sviluppo di un robot per endoscopia, fatto con componenti che regolano in automatico la pressione della sonda che viene inserita nel corpo del paziente con una precisione e sensibilità superiore a quella di un operatore medico.

In sostanza, la proposta di Camozzi Automation è riassumibile in : “miniaturizzazione dei componenti, customizzazione delle soluzioni, flessibilità e capacità produttiva, future evoluzioni della sensoristica”.

Vortex Meter, misuratore di portata a vortici da Tecnova HT

Lo strumento Vortex Meter o Misuratore di portata a vortici presentato da TECNOVA HT è una apparecchiatura idonea a misurare la portata volumetrica di un qualsiasi fluido come gas, vapore e liquido

Grazie a sensori aggiuntivi, integrati o comunque connessi allo strumento, specifici per la misura della Temperatura e/o della Pressione, il vortex meter come misuratore di portata a vortici, restituisce anche la portata massica compensata molto comoda ad esempio per la misura del vapore prodotto o consumato.

Questo tipo di misuratore di portata non avendo parti in movimento non presenta operazioni di manutenzione da calendarizzarsi a parte settaggi e calibrazioni specifiche.

Ne esistono diverse versioni tra le quali abbiamo il modello a tronchetto flangiato, piuttosto che wafer o ancora ad inserzione.

Come funziona un vortex meter?

Questo misuratore di portata si basa sull’applicazione pratica delle Scie di von Karman : un corpo immerso in un fluido in moto genera dei vortici su entrambi i suoi lati che vengono trascinati via dal fluido in movimento dando origine appunto alla cosiddetta “scia di von Karman”, un insieme di vortici dunque che alternativamente si distaccano dal lato destro e dal sinistro come da simulazione 3D seguente

Questo fenomeno, anche senza conscerlo, lo osserviamo in modo inconsapevole quando vediamo la nostra bandiera che garrisce al vento, svolazzando a destra e sinistra, dove il corpo tozzo cilindrico è l’asta della bandiera che con il vento genera dei vortici alternativamente sui lati destro e sinistro della stoffa del tricolore.

Ma può avere anche delle conseguenze disastrose a causa delle estreme vibrazioni indotte ad esempio nelle colonne di strippaggio in raffineria o nei camini, entrambi corpi cilindrici di certa altezza, dove sono d’obbligo dei rompivortici per evitare il potenziale collasso della struttura…

Applicando invece industrialmente questa teoria ogni strumento vortex meter per la misura di portata è quindi dotato di un corpo tozzo metallico detto shedder bar che ostruisce il passaggio del fluido come da foto sottostante: ad una certa velocità cominciano a generarsi e distaccarsi questi vortici alternati fra loro di cui la Frequenza di generazione e distacco risulta essere

F =  St x V / d

dove F frequenza , St numero adimensionale di Strouhal, V velocità del flusso e d larghezza della shedder bar. Il costruttore del misuratore di portata a vortici deve quindi dimensionare accuratamente d al fine di mantenere ragionevolmente costante il Numero di Strouhal (0.2 – 0.3 tipicamente e determinato sperimentalmente) lungo un intervallo di Numeri di Reynolds Re abbastanza ampio, ad esempio da Re 2×10^4 a Re 7×10^6…

ma cosa ci serve il Numero di Reynolds? innanzitutto è definito dalla seguente formula

Re = ρ x V x D / μ

dove ρ densità del fluido, V velocità del flusso , D diametro interno e μ viscosità cinematica. Questo numero adimensionale tra le altre cose ci informa del Regime del Moto, se laminare, se turbolento oppure se in fase transitoria e nel nostro Processo aumenta di valore passando dalla portata minima alla massima all’interno del tubo oggetto di misura. Infatti essendo la Portata direttamente proporzionale alla Velocità Q = V x A ( a parità di sezione di efflusso V e Q vanno a braccetto) e come detto avendo Re direttamente proporzionale a V , all’aumentare di Q aumenta Re ( assumendo ρ , D e μ costanti ).

Avere il Numero di Strouhal costante lungo un range di Numeri di Reynolds significa quindi avere il Numero di Strouhal costante lungo le variazioni di portata misurate dal vortex meter

Pertanto essendo la frequenza di generazione e distacco dipendente solo dalla velocità del fluido perchè nella formula F =  St x V / d sia St che d sono costanti come spiegato sopra conoscere la Frequenza dei vortici significa conoscere la Velocità semplicemente applicando la formula inversa

V = F x d / St

La frequenza di distacco può essere tecnicamente misurata con diversi sensori come ad esempio, tra i più comuni,

  • sensori capacitivi che rilevano le pressioni positive e negative in alternanza fra loro generate dai vortici stessi
  • sensori piezoelettrici che oscillando da una parte all’altra a causa dei vortici generano una differenza di potenziale elettrico
  • sensori ultrasonici che si vedono deviare il treno ultrasonico dai vortici di passaggio con conseguente shift dell’onda sinusoidale a seconda della frequenza dei vortici

Una volta calcolata F si ottiene quindi V ed essendo l’Area di Passaggio un’ area circolare si determina come

A = (D/2)^2 x π

dove D è il diametro interno della tubazione sicuramente definito, si applica poi la classica formula

Q = V x A

dove V è la velocità di flusso ed A è l’area di passaggio per determinare facilmente Q come portata volumetrica “actual” cioè alle condizioni di T e P del processo. 

Il misuratore di portata a vortici può anche misurare la Portata Massica?

Certamente, ma non in modo diretto come un misuratore di portata ad effetto Coriolis o un Thermal Mass Flowmeter, la calcola in modo indiretto utilizzando dei sensori addizionali di Pressione e Temperatura che possono essere integrati direttamente nel vortex meter, definito allora “multivariabile“, oppure separati da esso e generanti un segnale che può essere raccolto direttamente dall’elettronica locale del misuratore di portata o riportati insieme alla portata volumetrica actual calcolata dal vortex ad un flow computer remoto, da campo o da quadro, in grado di calcolare la portata massica puntuale e totalizzata.

Limitazioni tecniche della misura di portata a vortici

Essenzialmente ne abbiamo di 3 tipi ma fondamentali

  1. La presenza di vibrazioni disturba la qualità della misura del vortex meter: come visto la portata viene calcolata tramite dei sensori che in modo accurato misurano i vortici, va da sè che la presenza di forti vibrazioni della tubazione implichi un deterioramento della ripetibilità della misura. In particolare si faccia attenzione al consueto sottodimensionamento del DN del corpo del misuratore, con la diminuizione della sezione di passaggio infatti a pari portata la velocità aumenta e di molto così come le vibrazioni. Si noti che diversi costruttori hanno inserito nelle elettroniche dei filtri per eliminare questo disturbo ma questo accorgimento può portare alla perdità di sensibilità dello strumento alle basse portate. 
  1. Le dimensioni del corpo flangiato sono limitate mediamente da 1/2″ a DN 12″ / 300 mm quindi non sono coperte le tubazioni medio-grandi del processo, questo per 2 motivi diversi. Il primo, squisitamente tecnico, ci ricorda che la frequenza dei vortici è basata sulla dimensione dello strumento: la frequenza dei vortici è inversamente proporzionale alla grandezza del misuratore cioè più è grande il DN dello strumento e meno frequentemente genera i vortici quindi sono generati meno impulsi per unità di volume (ed in più seguono anche una legge cubica) e la misura di portata diventa instabile. Il secondo invece è il costo rispetto ad altre tecnologie, generalmente il misuratore di portata a vortici è competitivo per costo d’investimento e prestazioni fino a DN 6″ / 150 mm.
  1. La necessità di diametri monte valle per la sua installazione infatti questa tecnologia di misura della portata a vortici ha estremo bisogno di un fluido non solo in regime di moto turbolento ma anche con un profilo di velocità senza deformazioni residue dovute alla presenza di curve, valvole o manifold. Si raccomanda di non fermarsi alla lettura superficiale del data sheet dello strumento ma di recuperare il manuale di installazione ed uso per controllare la reale esigenza dei diametri monte valle infatti a volte si trova scritto 10-15 diametri monte e 5 a valle di tubo senza disturbi ma in realtà diverse configurazioni richiedono anche 30 diametri a monte e 10 -15 a valle per garantire l’accuratezza e ripetibilità della misura.

Per ogni esigenza di misura di portata di vapore saturo e surriscaldato, gas, aria compressa, liquidi o acqua potabile il team di TECNOVA HT forte di mezzo secolo di esperienza rimane a disposizione anche per un semplice consiglio: avendo a disposizione tutti i principi di misura di portata industriale e civile può fornire un grande aiuto a scegliere lo strumento più idoneo per applicazione, prestazioni e budget.

http://www.tecnovaht.it/

MISURATORE CLAMP-ON FLUXUS F/G831, ITAL CONTROL METERS

L’ultima evoluzione del misuratore clamp-on di FLEXIM per liquidi, gas e vapore con certificazione ATEX/IECEx per zona 1

Nell’ultimo ventennio FLEXIM, ( https://www.flexim.com/en) distribuita in Italia da Ital Control Meters (https://www.italcontrol.it/ ) ha conquistato la leadership tecnologica mondiale nel campo dei misuratori di portata oramai comunemente definiti “clamp-on”.

Strumentazione indirizzata al controllo, regolazione, contabilizzazione ed analisi di processi industriali. Fornitura di misuratori di portata, misuratori di livello, analizzatori di liquidi, analizzatori di gas e misuratori di concentrazione polveri. Questa è un’applicazione importantissima nell’ambito dell’attività di Ital Control Meters.

Sono strumenti accurati ed affidabili che consentono di misurare qualsiasi fluido, sia esso un liquido, un gas o anche vapore in tubazioni di ogni dimensione (da 6 mm fino a misure praticamente illimitate) completamente dall’esterno, quindi senza alcun contatto con il fluido in transito. Ciò significa in primo luogo sicurezza, per le persone e per l’ambiente, ma anche flessibilità operativa, nessuna deriva nel tempo e manutenzione pressoché nulla.

Per le applicazioni in ambienti pericolosi, FLEXIM ha recentemente presentato l’ultima sua evoluzione tecnica, il FLUXUS F/G831 certificato per operare in “zona 1” secondo le norme ATEX/IECEx, quindi senza alcuna limitazione di impiego in zone a rischio di esplosività, che va ad affiancare il “fratello” FLUXUS F/G721 certificato invece per la “zona 2” ATEX/IECEx.

E’uno strumento che garantisce l’applicabilità in ogni condizione di esercizio, senza limitazioni di aggressività chimica del fluido o di pressione e anche di temperatura (trasduttori per temperature da -190°C fino a +630°C).  

Inoltre, garantisce misure stabili ed affidabili anche in condizione di particolare turbolenza e nel caso di fluidi non omogenei: liquidi con solidi e/o gas sospesi oppure anche gas con percentuali consistenti di liquidi sospesi.  

L’interfaccia verso l’utente è di eccezionale flessibilità, con qualsiasi protocollo bidirezionale di comunicazione (Modbus, Profibus, Fieldbus, Hart, …) inclusa la parametrizzazione e l’analisi diagnostica anche con connettività wireless.

FLUXUS F/G831 rappresenta lo stato dell’arte per la tecnica di misura della portata clamp-on in ambiente ATEX/IECEx, non solo per qualsiasi liquido, ma anche per ogni tipo di gas e per il vapore anche ad elevata pressione.

 https://www.italcontrol.it/ 

ITAL CONTROL METERS, Oil&Gas: MISURATORI DI PORTATA SPECIALI

RHM misuratore di portata speciale

Nel settore oil&gas relativo sia al greggio che al gas naturale in ambito onshore ed offshore, sono molte le applicazioni che richiedono la misurazione delle portate dei fluidi e quindi misuratori di portata speciali

Ma soprattutto nel settore della perforazione la richiesta degli impianti è indispensabilmente mirata sia alla sicurezza che all’affidabilità in qualsiasi condizione e con poca manutenzione.

Nei pozzi di estrazione è comune l’esigenza di iniezione nel pozzo di fluidi di servizio, in particolare metanolo ma anche acqua e prodotti chimici con varie funzioni specifiche. Quello che c’è da considerare è che molto spesso le portate in gioco sono microscopiche, soprattutto per gli inibitori, quindi su tubazioni di piccolo diametro, da pochi millimetri fino tipicamente a poche decine di centimetri, inoltre molte di queste applicazioni di iniezione sono a pressione estremamente elevata, anche superiore ai 1.000 bar.

L’impianto quindi necessita di:

➤ capacità di misura per piccole portate, in condizione di elevatissime pressioni, utilizzando per i sensori materiali compatibili con fluidi chimicamente aggressivi e con certificazioni ATEX/IECex

➤ affidabilità, precisione e continuità di misura che devono essere garantite nel tempo

PER QUESTE APPLICAZIONI CRITICHE PROPONIAMO DUE SOLUZIONI TECNICHE DIFFERENTI

  • Misuratore di portata di massa ad effetto Coriolis –Rheonik Messtechnik. È uno strumento che non ha eguali per la capacità di misura di portate microscopiche, a partire anche da pochi grammi/min, con tubi di misura realizzati in moltissimi materiali anche speciali (inox, hastelloy, tantalio, duplex, super duplex, monel, inconel, HP160, ed altri ancora), versioni realizzate per funzionare anche oltre i 1.200 bar. Basato sulla misura delle forze di Coriolis questo strumento rileva in tempo reale la portata direttamente in massa del fluido che lo attraversa, indipendentemente dalle sue caratteristiche chimico-fisiche e da pressione e temperatura, fornendo prestazioni di accuratezza anche fino al +/-0,1% del valore misurato (versione “Gold Line”). Il sensore della serie RHM è fornibile in varie taglie, tutte certificate ATEX/IECex per zona 0, 1 e 2 e viene connesso ad un convertitore elettronico montabile sia in campo che anche a distanza, con display locale per la visualizzazione della portata istantanea e totalizzata e per l’interfaccia diagnostico con l’operatore che naturalmente può anche essere effettuato a distanza mediante collegamento seriale con un software dedicato.
  • Misuratore di portata ad ultrasuoni clamp-on – Flexim. Nei casi in cui le portate sono sempre molto piccole ma non microscopiche, come spesso capita ad esempio per l’iniezione di metanolo, quindi in tubazioni di diametro sopra i 6 mm, è possibile impiegare questa tecnica di misura che prevede l’installazione dei trasduttori completamente all’esterno della tubazione, quindi senza nessun contatto con il fluido in transito.
  • Questa soluzione, oltre a non avere limitazioni di pressione di esercizio, ha anche l’enorme vantaggio di garantire sempre la continuità di esercizio dell’impianto, anche durante il montaggio, lo smontaggio o qualsiasi operazione si voglia o debba fare sul misuratore stesso.
  • Anche questo strumento è certificato ATEX/IECex per zona 1 oppure 2 e viene fornito con un convertitore di misura, serie F721 oppure serie F80x, da campo o anche remoto provvisto di display locale e di ogni funzionalità addizionale, oltre che di datalogger a bordo ed interfaccia seriale con diversi protocolli di comunicazione a scelta.
  • Le prestazioni in termini di incertezza di misura sono tipicamente entro +/-1% del valore misurato con ripetibilità entro +/-0,15%.