Utilisation de la technologie des ondes ultrasons pour l'ajout des arômes de vos bonbons

Bronkhorst High-Tech a développé un débitmètre à ultrasons pour mesurer les faibles débits volumiques dans le secteur agro-alimentaire.

Erwin Eekelder
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Avec l'augmentation de la demande en faveur d'ingrédients plus sains et naturels (tels que les vitamines dans les sucreries), les fabricants de chocolat et de bonbons décident souvent d'utiliser des additifs naturels à la place des parfums, arômes et colorants artificiels existants. Parce que ces additifs sont plus chers et que leurs propriétés fluidiques (telles que la densité et la viscosité) varient, la précision des processus et leur traçabilité sont essentielles.

La solution de débit souhaitée doit permettre de donner des informations détaillées sur : le procédé, les chaînes de fabrication plus efficaces, la meilleure uniformité du produit et la qualité du procédé global. C'est la raison pour laquelle nous avons développé l'ES-FLOW, un débitmètre à ultrasons pour les faibles débits de liquides.

Marché de la confiserie

À l'international, le gigantesque marché de la confiserie devrait atteindre les 275 milliards de dollars en 2025. Si l'on considère ce chiffre plus en détails, on notera que c'est en Amérique que les ventes de confiseries au détail sont les plus élevées, mais si l'on mesure la consommation par personne, il semblerait que l'Europe soit en tête. L'Allemagne présente le plus fort taux de consommation par personne (d'après des données de marché et des estimations d'Euromonitor datant de 2016).

Les fournisseurs tirent constamment des enseignements du marché afin d'apporter une valeur ajoutée continue à la vie quotidienne de leurs clients. Une chaîne d’approvisionnement viable, une amélioration du bien-être des clients et une innovation continue au niveau des produits, sont requises pour subvenir aux besoins à long terme de ce marché.

Production de chocolat

Procédé de production continue

Dans le même temps, les tendances observées ces dernières années vont dans le sens de procédé de production continue, de la limitation des déchets, de la réduction des temps d'arrêts et d'une flexibilité accrue, non seulement dans le secteur alimentaire, mais aussi dans l'industrie chimique.

L'utilisation d'additifs (saveurs, arômes et colorants) nécessite la mesure et le contrôle de faibles débits. Les solutions susceptibles de répondre à cette problématique ne sont pas légion. De nos jours, de nombreux confiseurs utilisent des pompes de dosage volumétrique à déplacement. Mais comment être sûr que le volume souhaité a effectivement été déplacé ? La tête de pompe était-elle bien remplie de liquide ? Ou une phase de fonctionnement (partiellement) à sec s'est-elle produite ?

Les pompes de dosage sont souvent calibrées ou programmées pour un liquide et un débit définis. Modifier les conditions de procédé ou de production peut entraîner de longs temps d'arrêt. Le débitmètre à ultrasons ES-FLOW est doté d'un régulateur PID intégré qui peut commander les pompes et les vannes. Cela permet à l'utilisateur de créer un circuit de commande automatisé complet avec des temps de réponse courts.

Mesurer et réguler en temps réel des débits inférieurs à 1500 ml/min., voire 200 ml/min. ?

En étroite collaboration avec TNO (une organisation néerlandaise dédiée à la recherche scientifique appliquée), nous avons réussi à développer un instrument qui utilise la technologie des ondes ultrasons. Cette technologie est appliquée à la série de débitmètres à ultrasons ES-FLOW pour mesurer et réguler les débits de liquides entre 4 et 1500 ml/min., quelle que soit la densité, la température et la viscosité du liquide, avec une précision de 1 % du débit ± 1 ml/min.

Vous voulez savoir comment cette technologie des ondes ultrasons fonctionne?

Pour en savoir plus à ce sujet, lisez notre article "Comment mesurer de faibles débits de liquides par ultrasons ?"

Débitmètre à ultrasons

Aucun réétalonnage nécessaire

Dans de nombreuses sociétés, les conditions des procédés varient et font appel à divers additifs et solvants. Étant donné que le fonctionnement du débitmètre à ultrasons ES-FLOW ne dépend pas du liquide, aucun réétalonnage n'est nécessaire. L'ES-FLOW permet par ailleurs la mesure de liquides non conducteurs tels que l'eau distillée ou déminéralisée et les solvants. Enfin, le capteur n’est pas sensible aux vibrations environnantes.

Conception hygiénique

L'instrument a été conçu selon les normes d'hygiène en vigueur, avec un tube de capteur droit auto-drainant, une rugosité de surface ≤ 0,8 µm et sans volume mort. Les particules ou les bactéries ne peuvent donc pas s'accumuler et contaminer le tube du capteur. Résultat : le nettoyage ne prend que quelques minutes, pour un temps d'arrêt réduit au minimum.

Découvrez le principe de fonctionnement du débitmètre à ultrasons ES-FLOW pour les débits de liquide les plus faibles.

Et pour en savoir plus sur le processus de préséries du débitmètre à ultrasons ES-FLOW, lisez notre article "Comment les préséries nous aident à développer des débitmètres et régulateurs de débit massiques ?"

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Comment mesurer de faibles débits de liquides par ultrasons ?

Un débitmètre à ultrasons a été spécialement conçu pour offrir une nouvelle solution de mesure des faibles débits de liquides < 1500 ml/min.

Erwin Eekelder
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De plus en plus d'acteurs dans le génie des procédés vont vers des solutions à faibles débits. Dans le secteur de la chimie, pharmaceutique & de l'alimentaire en particulier, la tendance est de s’orienter vers une fabrication en continu, la diminution des déchets, la réduction des temps d'arrêts et plus de flexibilité. Dans ces domaines, l’offre des débitmètres à ultrasons pour liquides est large pour les conduites de grandes dimensions (1” ou plus), mais il est beaucoup plus difficile de trouver des solutions pour les petits diamètres. Les débitmètres à ultrasons conventionnels emploient soit l'effet Doppler, soit la mesure par temps de transit. Ces techniques conviennent dans la pratique pour les grands diamètres de tuyauteries.

Mais qu'en est-il des débitmètres à ultrasons pour des débits inférieurs à 1500 ml/min voire 200 ml/min ?

Du fait de la complexité de la physique et de la technologie, il n'existe pas beaucoup de principes de mesure dans ces gammes de débit précis, notamment les débitmètres à ultrasons. Par conséquent, le grand défi consistait à trouver une solution pour utiliser les ultrasons dans des tubes avec de très petits diamètres. En collaboration étroite avec la TNO (Organisation néerlandaise de recherche scientifique appliquée), Bronkhorst® a réussi à développer un instrument innovant utilisant la Technologie par Ondes Ultrasoniques. Cette technologie est appliquée dans la nouvelle série ES-FLOW™ pour mesurer des débits volumiques de liquides entre 4 et 1500 ml/min quelle que soit la densité, la température et la viscosité du liquide avec une précision de 1% de la mesure ± 1 ml/min.

Comment fonctionne la Technologie par Ondes Ultrasoniques ?

L’ES-FLOW™ repose sur cette technologie. La mesure du débit par ultrasons est effectuée dans un tube en acier inoxydable droit avec un diamètre intérieur de 1,3 mm, sans obstacles ni volumes morts. Plusieurs disques transducteurs sont présents sur la surface extérieure du tube capteur et créent des ondes ultrasoniques par oscillation radiale. Chaque transducteur peut émettre et recevoir et par conséquent tous les trains d’ondes aval et amont sont enregistrés et traités. On calcule la vitesse du débit et du son en mesurant précisément le retard de temps entre les enregistrements (plage de nanosecondes). En connaissant ces paramètres et la section transversale exacte du tube, l’ES-FLOW™ est capable de mesurer les débits volumiques du liquide. Ce qui distingue ce débitmètre pour faibles débits, c'est qu'il est capable de mesurer la vitesse réelle du son, ce qui signifie que la technologie est indépendante du liquide et que l'étalonnage par fluide n'est pas nécessaire. En outre, la vitesse du son mesurée est un indicateur du type de fluide présent dans le débitmètre.

Disques capteur ultrasons Es-Flow

Voici quatre raisons d'utiliser le débitmètre à ultrasons ES-FLOW™ :

  • Un seul capteur pour des liquides multiples.

    De nombreuses entreprises ont des conditions variables de procédé et utilisent différents liquides comme des additifs ou des solvants. Étant donné que la technologie ES-FLOW™ est indépendante du fluide, il n'est pas nécessaire d'effectuer un réétalonnage à chaque changement de fluide. Les liquides non-conducteurs comme l’eau déminéralisée peuvent également être mesurés.

  • Facile à nettoyer et risque d'encrassement réduit.

    Les processus de nettoyage prennent souvent du temps. Grâce à la conception de tube capteur droit sans volume mort, les particules ont moins de risque d'encrasser l'instrument. Le nettoyage peut être réalisé en quelques minutes et par conséquent, les temps d'arrêt seront limités.

  • Insensible aux vibrations.

    La mesure par ultrasons n'est pas sensible aux vibrations car elle ne repose ni sur les fréquences, ni sur les rotations. Le fait que le débit soit laminaire ou turbulent n'a pas d'importance non plus.

  • Régulateur PID intégré et réponse rapide.

    La carte de régulation PID intégrée peut être utilisée pour piloter une vanne ou une pompe de régulation, ce qui permet aux utilisateurs d'établir une boucle de commande compacte complète avec un temps de réponse rapide.

Découvrez les autres avantages et les spécifications techniques du débitmètre à ultrasons ES-FLOW :

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Vous êtes intéressé par ce que la technologie des ondes ultrasons peut faire dans les applications où l'ajout des arômes est important ? Lisez notre article : Utilisation de la technologie des ondes ultrasons pour l'ajout des arômes de vos bonbons