Sonda a infrarossi per misura della temperatura in processi alimentari
Laser e Elettrootica

Generalità e uso

Il progetto è uno studio per sviluppare una sonda per il rilevamento della temperatura di prodotti e semilavorati alimentari direttamente sulle linee di lavorazione durante i processi. In particolare il problema proposto è quello di misurare la temperatura di un impasto direttamente nella vasca della macchina impastatrice.

stato dell’arte: attualmente sono usati termometri a immersione che sono poco adatti a misurare una massa solida disomogenea e in movimento, oppure termometri a infrarossi standard di uso industriale che non hanno precisione e caratteristiche adatte alla lavorazione alimentare.
scopo: sviluppare una sonda per la lettura a distanza della temperatura adatta a processi che richiedono una elevata precisione nel controllo della temperatura stessa.

Attività di ricerca e sviluppo

I passi seguiti sono i seguenti:

  • Identificazione di un sensore di precisione, usato in ambito medicale per la misura della temperatura corporea, che ha la necessaria risoluzione e affidabilità.
  • Prove di misura su impastatrice verificando i problemi connessi alla temperatura disomogenea della massa e alla diversa temperatura della vasca metallica.
  • Realizzazione di una scheda elettronica che legge ripetitivamente le temperature e invia al controllore principale il valore misurato tramite interfaccia seriale.
  • Impostazione del firmware di misura che estrae dai dati grezzi il valore medio di temperatura.

Aspetti innovativi del progetto

Il progetto adatta una tecnologia in uso in ambito medicale a processi industriali alimentari, sfruttando le caratteristiche di precisione e affidabilità dei sensori. Le nuove tecnologie software permettono di estrarre i dati utili anche in presenza di una misurazione difficile perché effettuata su masse disomogenee e in movimento. L’uso di filtri adattativi e modelli di identificazione parametrica permettono di estrarre dai dati grezzi valori di misurazione corretti e con precisioni migliori di 0,5°C

Risultati ottenuti e ripercussioni positive

Lo studio ha portato alla realizzazione di alcuni prototipi che sono stati poi provati sperimentalmente su macchine impastatrici in diverse condizioni di lavoro. Il sensore adottato rileva in modo istantaneo la temperatura media del materiale presente nella sua area visiva ( un cono con un angolo al vertice di 10° ) a distanze fino ad alcuni metri. I valori campionati vengono filtrati con un sistema a media mobile e un filtro adattativo che rileva la periodicità delle fluttuazioni dovute al movimento dell’impasto nella macchina. Nel caso degli impasti con lieviti è molto importante rispettare i limiti massimi e minimi di temperatura oltre i quali l’azione biologica del lieviti viene inficiata. Il sistema di rilevazione della temperatura permette al controllore principale di prendere adeguati provvedimenti come il rallentamento della lavorazione per impedire il surriscaldamento, o lo stop e la richiesta all’operatore di aggiungere ghiaccio per refrigerare la massa.
Il montaggio meccanico del sensore è stato studiato in modo da evitare le interferenze termiche della macchina e in modo da evitare il contatto con gli alimenti in modo da soddisfare i requisiti igienici di norma. Nel caso di alimenti polverosi ( farina ) è previsto di usare un vetro di protezione speciale che sia trasparente alla radiazione termica a bassa temperatura ( lunghezza d’onda 1-15um), normalmente vetri di germanio.