Creare un gas mixer intelligente con il mass flow controller SFC6000-D
La corretta miscelazione dei gas è un fattore strategico in numerosi settori industriali, dalla manifattura automobilistica alla costruzione navale, dall’aerospaziale alla fabbricazione pesante, passando per i processi biotech e l’industria alimentare.
Alcuni gas come argon, azoto e CO2 svolgono infatti un ruolo fondamentale in numerose lavorazioni e processi che richiedono sempre più automazione e ripetibilità nonché una gestione più agile e flessibile delle scorte e dei “cambi di lavorazione”, per esempio nella saldatura robotizzata.
In questo articolo affrontiamo i benefici offerti dalla miscelazione automatica dei gas puri direttamente presso il punto di utilizzo rispetto all’utilizzo di bombole premiscelate e forniamo qualche spunto per progettare dei “miscelatori di gas intelligenti” utilizzando i mass flow controller SFC6000-D di Sensirion.
L’importanza delle miscele dei gas e i limiti delle bombole premiscelate
Nel settore industriale ogni gas contribuisce in modo differente ai processi e alle lavorazioni poiché ha caratteristiche uniche, che determinano l’interazione chimica e fisica con gli altri materiali. Le miscele di gas nascono quindi con l’obiettivo di combinare i vantaggi dei singoli gas, come argon e CO2, limitandone eventuali svantaggi al fine di ottenere le migliori performance tecniche e convenienza economica.
Nel corso del tempo sono quindi state messe a punto delle miscele di gas con rapporti fissi, studiate per specifiche lavorazioni e fornite direttamente in bombole premiscelate. Le bombole premiscelate rappresentano una soluzione pronta all’uso che per decenni ha rappresentato un vantaggio in termini di praticità e logistica, ma che manifesta alcune importanti limitazioni per la competitività delle aziende in specifici contesti produttivi:
- Le bombole premiscelate contengono infatti una specifica miscela, limitando la possibilità di modificare le concentrazioni senza sostituire delle bombole. Questo aspetto rende impossibile attuare delle ottimizzazioni in tempo reale, per esempio sulla base della finitura e qualità della lavorazione in corso.
- La necessità di sostituire le bombole per utilizzare concentrazioni diverse a seconda della lavorazione, rende più lungo e oneroso il tempo di set-up, aumentando la possibilità di errore.
- La gestione delle scorte e dell’inventario dei gas risulta complessa e onerosa per le aziende che necessitano di numerose tipologie di miscele, costringendole a ottimizzare la scelta e adattarsi laddove possibile.
- La stratificazione dei gas all’interno delle bombole premiscelate, che porta a sedimentare i gas più pesanti e quindi a separare i gas che compongono la miscela, rappresenta infine una problematica molto seria ma ancora sottovalutata.
La miscelazione automatica dei gas nel punto di utilizzo
La miscelazione dei gas “direttamente in prossimità del punto di utilizzo” si riferisce alla pratica di miscelare gas puri (come argon, CO2, ossigeno, azoto) in tempo reale e a pochi centimetri dal punto di erogazione.
Questo metodo consente di ottenere miscele personalizzate partendo da uno stock di pochi gas puri grazie all’adozione di “gas mixers intelligenti”, di cui REPCOM può supportare la progettazione con regolatori di flusso digitali, ottenendo numerosi benefici:
- Correttezza e stabilità delle miscele di gas: un gas mixer intelligente regola il flusso dei singoli gas puri ottenendo in tempo reale la concentrazione finale desiderata, per esempio 20% CO2 e 80% azoto, garantendo la accuratezza della concentrazione e del flusso di erogazione.
- Flessibilità e personalizzazione delle miscele in base alle esigenze specifiche del processo, anche in modo totalmente automatico e auto-adattativo se il macchinario riconosce le esigenze di lavorazione.
- Miglioramento della qualità e della ripetibilità poiché la miscela di gas viene realizzata in prossimità del punto di utilizzo ed erogata con un “flusso stabilizzato elettronicamente” grazie ai sensori integrati.
- Tracciabilità del processo e diagnostica avanzata poiché il gas mixer intelligente può comunicare l’effettiva concentrazione in tempo reale e riconoscere anomalie come un calo di pressione su una linea di gas puro, una ostruzione in uscita, anomalie nella valvola di erogazione, ecc…, consentendo l’associazione dei dati con i lotti di materiale in lavorazione.
L’adozione dei gas mixer intelligenti per ottenere miscele personalizzate e garantite in tempo reale risulta particolarmente vantaggiosa nel settore industriale, ma come è possibile realizzate una propria soluzione che combini performance avanzate con costi contenuti?
Il mass flow controller digitale SFC6000-D di Sensirion rappresenta un componente chiave per realizzare un gas mixer intelligente per la regolazione di gas asciutti e non aggressivi, né tantomeno infiammabili, abbattendo i costi e tempi di sviluppo.
Come realizzare un miscelatore di gas intelligente con il regolatore di flusso digitale SFC6000-D di Sensirion
SFC6000-D è un mass flow controller digitale compatto e performante, ideale per lo sviluppo di un miscelatore di gas intelligente che si possa installare vicino al punto di utilizzo, inteso come punto di erogazione del gas.
Il regolatore di flusso digitale SFC6000-D, infatti, provvede automaticamente alla regolazione stabile e in tempo reale del flusso in base al set-point impostato attraverso il bus digitale I2C o RS485.
La regolazione avviene grazie ad un processore integrato a bordo del sensore di flusso, cuore tecnologico di questo regolatore di flusso digitale, e che ospita una valvola proporzionale miniaturizzata. Il processore confronta in tempo reale il flusso effettivo con il flusso target (set-point) e attuando repentine e precise correzioni che garantiscono elevata accuratezza.
Installando un mass flow controller SFC6000-D per ciascun gas puro che compone la miscela desiderata, è possibile inviare un set-point a ciascuno di questi regolatori di flusso digitali affinché mantengano stabilmente il flusso massico e si ottenga la concentrazione target.
Esempio: qualora si desideri erogare costantemente 10 litri al minuto di una miscela di gas composta al 75% da argon e al 25% da CO2, è possibile installare due regolatori di flusso digitali SFC6000-D in parallelo ed impostare il set-point di 7,5l /min per il mass flow controller che regola argon e 2,5 l/min per il mass flow controller che eroga CO2.
Nota: il mass flow controller SFC6000-D viene fornito con una calibrazione multigas, sarà sufficiente richiamare la calibrazione corretta per ottenere una regolazione accurata del flusso di gas.
La facilità di utilizzo e integrazione del mass flow controller SFC6000-D semplifica notevolmente la progettazione elettronica e software di un gas mixer intelligente, il cui unico vero compito sarà calcolare i “flussi target” dei gas puri e comunicare i set-point tramite il bus digitale.
Massima integrazione con il mass flow controller SFC6000-D
Le dimensioni compatte e il peso ridotto del mass flow controller SFC6000 consentono l’installazione direttamente presso il punto di utilizzo, quindi di erogazione del gas, anche al polso di un robot.
In questo particolare scenario risulta di elevato interesse l’adattamento continuo e in tempo reale del flusso di gas nelle corrette concentrazioni, pensiamo per esempio alla saldatura robotizzata che potrebbe ottenere maggiore qualità e tracciabilità.
La necessità di installazione in spazi ristretti è comune a una vasta gamma di dispositivi portatili, che a loro volta richiedono robustezza e leggerezza, per esempio per il settore elettromedicale e analitico.
Il costo dei mass flow controller SFC6000-D risulta inoltre molto conveniente per realizzare un miscelatore automatico di gas OEM, anche alla luce della riduzione dei tempi di sviluppo e introduzione sul mercato di un gas mixer intelligente e di elevate performance.
Conclusioni e raccomandazioni
La miscelazione automatica dei gas direttamente in prossimità del punto di utilizzo rappresenta un’evoluzione significativa per il comparto industriale. Rispetto all’impiego delle bombole premiscelate, un gas mixer intelligente offre maggiore qualità e flessibilità delle lavorazioni, ripetibilità e tracciabilità dei processi, quindi maggiore competitività per le imprese.
Scopri di più sui mass flow controller SFC6000 nel nostro articolo o richiedi un supporto dedicato alla progettazione di un miscelatore di gas intelligente scrivendo a info@repcomsrl.com.