Nel 2018 abbiamo incontrato le prime macchine espresso con riscaldatori a film spesso. Nel 2024, la tecnologia del riscaldatore a film spesso come Flow Through Heater, Fast Through Heater o ThermoJet è arrivata nel mercato delle macchine espresso e delle caffettiere. I riscaldatori a film spesso non solo hanno superato il termoblock in termini di prestazioni e flessibilità, ma stanno sempre più mettendo sotto pressione i produttori di macchine espresso tradizionali con caldaia.
Nel 2018 abbiamo testato la Sage Bambino del produttore australiano Breville, che opera in Europa con il nome Sage Appliances. La macchina era incredibilmente veloce nel raggiungere la temperatura, ma lasciava a desiderare per quanto riguarda la costanza della temperatura. Poco dopo, anche la Sage Barista Pro è arrivata sul nostro banco di prova e a quel punto era chiaro: il potenziale dei riscaldatori a film spesso è enorme.
Entrambe le macchine erano equipaggiate con un riscaldatore a film spesso dell'azienda olandese Ferro Techniek. Mentre Sage ha introdotto i suoi "riscaldatori a film spesso" con il nome di marketing di tendenza "ThermoJet", gli elementi riscaldanti sono chiamati dal produttore stesso Flow Through Heater. Come funziona il "Flow Through Heater", in quali macchine è attualmente presente e cosa significa per il mercato è l'argomento di questo articolo.
Maro, Zuriga, Sage e altri
Cosa hanno in comune Maro, Zuriga Generation 2 e Unica con Sage Bambino e Sage Barista Pro? Condividono una tecnologia di riscaldamento, il riscaldatore a film spesso. E si trovano in buona compagnia. Perché anche la caffettiera Tone Filter, il Aiden Precision Coffee Maker o il sistema di latte ETNA si affidano al riscaldatore a film spesso. L'elenco dei produttori che utilizzano riscaldatori a film spesso da Ferro sarà presto ampliato da due ulteriori macchine espresso innovative: Roxy Espresso e nunc.
Ferro Techniek
Che storia di successo straordinaria vanta l'azienda olandese da Gaanderen nella Gheldria. L'azienda è specializzata in elementi riscaldanti a film spesso stampati su substrati metallici e offre soluzioni su misura per diversi settori. Ferro fa parte del Otter Control Group e produce nei Paesi Bassi, Ungheria, Gran Bretagna, Cina e nel sud della Cina insieme a Otter. Nella sede principale di Gaanderen lavorano circa 50 dipendenti, altri 80 a Budapest presso Ferro Electronics. Il gruppo Otter ha circa 1500 dipendenti in tutto il mondo.
La storia del Flow Through Heater di Ferro ha preso slancio nel 2013. Il produttore ha messo insieme un "kit per sviluppatori" che conteneva tutto ciò che serviva per costruire applicazioni prototipo. Parte del kit includeva quindi l'FTH MK2, una pompa, un misuratore di portata e una scheda di controllo. Questo kit è stato ordinato da circa 100 aziende.
È interessante notare che Ferro ha già sviluppato nel 2007 una versione precedente dell'FTH, il cosiddetto "FTH MK1". Tuttavia, poteva gestire una pressione massima di 2,5 bar ed è stato quindi utilizzato in macchine con cialde. Per l'estrazione dell'espresso sono necessari standard di pressione fino a 15 bar a seconda della pompa.
L'"FTH MK2", adatto per espresso e in grado di generare vapore per il montaggio del latte, è stato completato nel 2010 come proof-of-principle. La produzione dell'FTH è stata quindi aumentata nel 2015, con Sage/Breville come first mover che è stato centrale per la storia di successo del riscaldatore a film spesso.
Protocollo di misurazione della corrente del Maro Model 1 registrato da noi.
Quali sono i punti di forza del riscaldatore a film spesso?
Il riscaldatore a film spesso ha alcuni vantaggi rispetto alle caldaie e anche ai sistemi termoblock.
Tempi di riscaldamento rapidi:
La bassa massa termica dell'FTH consente tempi di riscaldamento estremamente rapidi, poiché deve essere riscaldata solo una piccola quantità d'acqua. Ad esempio, il Maro Model 1 ha bisogno di soli 4 minuti per raggiungere la temperatura di esercizio. La Zuriga E2 Generation 2 si riscalda addirittura in soli 2 minuti. Il riscaldatore a film spesso è ancora più veloce a essere pronto. Sono gli elementi termici più lenti, come il portafiltro, che rimangono indietro rispetto al Flow Through Heater.
Efficienza energetica:
I sistemi FTH sono più efficienti energeticamente rispetto alle caldaie perché riscaldano su richiesta. Ciò evita lo spreco di energia mantenendo grandi quantità d'acqua al caldo. La Zuriga E2 Generation 2 raggiunge un valore massimo di 0,058 kWh con 5 doppi caffè espresso incluso il tempo di riscaldamento. Il Maro Model 1, il Sage Bambino e simili sono altrettanto efficienti. Per confronto: molte macchine espresso con caldaia utilizzano 0,2-0,5 kWh per 5 caffè espresso incluso il tempo di riscaldamento.
Controllo preciso della temperatura:
La forma piatta e il trasferimento di calore diretto dell'FTH consentono un controllo molto preciso e veloce della temperatura dell'acqua. Questo è cruciale per l'estrazione dell'espresso, poiché le fluttuazioni di temperatura possono influenzare negativamente il gusto del caffè. Il Maro Model 1 sta stabilendo nuovi standard qui e dopo 4 minuti è già tra le tre macchine espresso più precise per quanto riguarda la stabilità della temperatura che abbiamo mai misurato. Questo confronto regge anche con le caldaie che sono state riscaldate per lungo tempo e hanno raggiunto il loro equilibrio termico. È interessante notare che è possibile un rapido adattamento della temperatura verso l'alto e verso il basso. Nelle macchine espresso con caldaia, in particolare il raffreddamento è noioso a causa dell'elevata massa termica.
L'FTH è dotato di un sensore NTC che misura la temperatura nel canale dell'acqua.
Picchi di prestazione sotto l'effetto del calore:
Nella generazione di vapore si mostra il vero potenziale dei riscaldatori a film spesso. Entro pochi secondi, i riscaldatori sono pronti all'uso.
Idoneità alla frequenza:
Le prestazioni della macchina espresso Maro con il suo FTH da 2300 watt dimostrano che la tecnologia è adatta anche alla ristorazione. Non abbiamo riscontrato perdite di prestazioni né con il protocollo di temperatura WBC né con il montaggio.
Design compatto:
La piccola dimensione e la forma piatta dell'FTH consentono lo sviluppo di macchine espresso più compatte o l'integrazione dell'FTH nel gruppo di estrazione, ad esempio per il riscaldamento del portafiltro. Ferro offre specificamente per il gruppo un riscaldatore a film spesso piatto da 60 W, che può essere integrato nel gruppo di estrazione della macchina espresso a portafiltro.
Senza tempo di attesa per la temperatura:
Il riscaldatore a film spesso è immediatamente pronto all'uso. Praticamente non ha bisogno di tempo di preriscaldamento. Sono gli altri componenti, come il portafiltro, i tubi di collegamento e il gruppo di estrazione, che devono essere portati alla temperatura.
Meno calcare:
Ferro riferisce che nel riscaldatore a film spesso si forma meno calcare. I motivi potrebbero risiedere nel fatto che non rimane acqua stagnante nel riscaldatore a film spesso. In ogni caso, una decalcificazione indipendente del riscaldatore a film spesso è possibile, a differenza di molte macchine espresso con caldaia.
Come funzionano i riscaldatori a film spesso?
L'acqua da riscaldare scorre normalmente attraverso un canale integrato nel substrato del riscaldatore a film spesso. Questo canale può avere forme diverse per ottimizzare il flusso dell'acqua e massimizzare il trasferimento di calore.
Ecco alcuni punti importanti sulla costruzione del canale:
- Materiale: Il canale è solitamente costituito dallo stesso materiale del substrato, tipicamente acciaio inossidabile.
- Forma: Il canale può avere una forma tubolare semplice o geometrie più complesse per influenzare il flusso dell'acqua e creare turbolenze.
- Integrazione: Il canale è integrato nel substrato mediante processi di produzione speciali, ad es. imbutitura profonda.
- Sigillatura: Dopo la realizzazione del canale, gli ingressi e le uscite sono sigillati per prevenire perdite d'acqua.
- Collegamento: Gli ingressi e le uscite del canale sono collegati agli alimentatori d'acqua e agli scarichi del dispositivo in cui viene utilizzato l'FTH.
Mediante l'integrazione del canale nel substrato dell'FTH, si assicura un trasferimento di calore diretto ed efficiente dall'elemento riscaldante all'acqua. La forma del canale può essere progettata in modo tale che la velocità di flusso e le turbolenze dell'acqua siano ottimizzate, il che contribuisce a un riscaldamento più rapido e uniforme.
Integrazione e controllo dei sensori di temperatura
Abbiamo già controllato molte delle macchine espresso menzionate sopra per la loro stabilità di temperatura. Mentre alcuni produttori raggiungono temperature molto precise, la temperatura fluttua molto con altri. Il riscaldatore a film spesso consente un controllo molto preciso della temperatura. Tuttavia, un anello di retroazione molto buono è necessario per raggiungere temperature precise.
L'integrazione di sensori di temperatura e il relativo controllo preciso sono aspetti cruciali per il funzionamento ottimale dei riscaldatori a film spesso (FTH). Consentono un monitoraggio accurato della temperatura e un adattamento dinamico della potenza di riscaldamento per mantenere costante la temperatura desiderata.
Di standard, un sensore di temperatura NTC è alloggiato nel canale dell'acqua per rilevare la temperatura dell'acqua fluente il più accuratamente possibile. Esistono vari modi di posizionamento. Questo metodo offre la massima precisione, ma richiede un incapsulamento impermeabile del sensore.
In alternativa, il sensore può essere posizionato sulla superficie del substrato vicino al canale. Questo metodo è più facile da implementare, ma può portare a una minore precisione di misurazione.
Per controllare la potenza di riscaldamento viene utilizzato un anello di retroazione che confronta i valori misurati dal sensore di temperatura con il valore di riferimento e regola di conseguenza la potenza di riscaldamento dell'FTH.
I moderni sistemi FTH spesso utilizzano microcontroller per assumere il controllo. Questi consentono un controllo altamente preciso e flessibile della potenza di riscaldamento a seconda di vari parametri, quali:
- Temperatura dell'acqua: Il microcontroller monitora la temperatura dell'acqua nel canale di riscaldamento e regola la potenza di riscaldamento dell'FTH in modo che la temperatura desiderata venga raggiunta e mantenuta.
- Velocità di flusso dell'acqua: In alcune applicazioni, come nelle caffettiere, la velocità di flusso dell'acqua può variare. Il microcontroller tiene conto di queste fluttuazioni e regola di conseguenza la potenza di riscaldamento per garantire la temperatura di uscita desiderata.
- Controllo in funzione del tempo: In alcune applicazioni, potrebbe essere necessario variare la temperatura dell'acqua in un certo periodo di tempo. Il microcontroller può controllare con precisione questi profili di temperatura nel tempo per creare, ad esempio, condizioni di infusione ottimali per diversi tipi di caffè.
L'integrazione di sensori di temperatura e il controllo basato su microcontroller consentono un controllo della temperatura altamente preciso e flessibile nei sistemi FTH.
Ciò rende questi sistemi una soluzione ideale per applicazioni che richiedono riscaldamento rapido e accurato dell'acqua o di altri liquidi, come nelle caffettiere, nei bollitori d'acqua e nei processi industriali.
Sistemi diversi, FTH diversi
Già nelle macchine espresso che abbiamo testato, abbiamo riscontrato diversi Flow-Through-Heater da Ferro. Mentre il Maro utilizza l'elemento 2300 watt più potente possibile nel nostro circuito di alimentazione, il Sage Bambino utilizza l'FTH II 1500 W. Zuriga, invece, utilizza un modello da 1400 watt per la generazione di vapore e l'infusione nonché un modello da 600 watt nel gruppo per il riscaldamento del portafiltro.
Sfide e prospettive future
Il controllo preciso dell'FTH presenta una sfida poiché reagisce molto velocemente e possono verificarsi fluttuazioni di temperatura se la regolazione non è ottimale. A differenza della caldaia, c'è praticamente nessuna massa termica che contribuisca a stabilizzare la temperatura target.
Ciò richiede sensori e tecniche di controllo sofisticate. Che questo non sempre riesca, lo vediamo soprattutto in alcuni modelli iniziali del produttore Sage/Breville. Il merito di Sage nell'integrazione della tecnologia nell'ampiezza del mercato è elevato. Mentre nei primi modelli come il Bambino e il Barista Pro erano prevedibili fluttuazioni dovute all'applicazione nuova della tecnologia, c'è stato molto tempo per fare progressi nello sviluppo. I nostri primi test del Sage Oracle Jet, tuttavia, suggeriscono che c'è ancora margine di miglioramento.
Nel frattempo, altri produttori come Zuriga e Maro dimostrano quale enorme potenziale risiede nella tecnologia del riscaldatore a film spesso per le macchine espresso. La tecnologia è versatile e si presta sia al riscaldamento dell'acqua di infusione, alla generazione di vapore che al riscaldamento del gruppo di estrazione e del portafiltro.
Sono convinto che il riscaldatore a film spesso abbia inaugurato una nuova era nel mercato delle macchine espresso. Soprattutto per le macchine espresso domestiche, il riscaldatore a film spesso offre vantaggi esclusivamente rispetto ai sistemi con caldaia.
Nel contesto della ristorazione potrebbe essere diverso, anche se siamo curiosi di scoprire i primi usi di riscaldatori a film spesso lì. Tone sta lavorando allo sviluppo di una macchina espresso per la ristorazione con riscaldatore a film spesso, e anche le prestazioni del Maro sono in linea di principio adatte alla ristorazione. Alla macchina manca solo un allacciamento idrico e uno scarico. Le prestazioni dei riscaldatori a film spesso erano stabili anche ad alta frequenza e durante l'esecuzione del protocollo WBC.
Macchine con riscaldatore a film spesso
Questo elenco verrà integrato. Se trovate altre macchine con riscaldatore a film spesso, scrivete nei commenti:
- 2019: Sage/Breville Bambino (FTH II 2300W)
- 2018: Sage/Breville Bambino Plus (FTH II 2300W)
- 2020: Sage/Breville Barista Pro
- 2021: Sage/Breville Barista Touch
- 2022: Unica Pro (FTH II 1800W, da chiarire)
- 2022/23: Tone Filterkaffeemaschine
- 2024: Sage/Breville OracleJet
- 2024: Maro Model 1 - (FTH II 2300W)
- 2024: Aiden Precision Coffee Maker
- 2024: Zuriga Generation 2: (FTH II 1400W)
- ETNA Milchsystem
- Tone Espressomaschine (prototipo presentato a Host 2023. Inizio ancora incerto)
- maro Model 1
- Roxy Espresso
- nunc. coffee
- datum.coffee
