Verfahrenstechnik 9/2022

FÜLLSTAND

FÜLLSTAND BERÜHRUNGSLOS MESSEN Ein großer Bauzulieferer optimierte seine Lagerprozesse mit passender Füllstandmesstechnik in mehreren Siloanlagen. Die Herausforderung bestand darin, ein System zu finden, das auch in dieser staubigen Umgebung zuverlässig misst. Aufgrund der rasanten Entwicklung der Baustoffindustrie in vielen europäischen Ländern innerhalb der letzten Jahre ist die Nachfrage nach weiteren modernen Lösungsansätzen stark gestiegen. Um Prozessabläufe während der Zementherstellung möglichst zuverlässig zu unterstützen, muss geeignete Sensorik zur Inhaltsmessung unterschiedlicher Lager- und Prozessbehälter gefunden werden. Ein Hersteller von Beton- und Putzprodukten für den Baustoffsektor in Italien wollte mit einem Redesign der bestehenden Messtechnik seine Werksausstattung modernisieren. Er erzeugt hauptsächlich vordosierte Produkte, die das Leben auf der Baustelle erleichtern sollen. Der Hersteller suchte unter anderem nach einem zuverlässigen Füllstandmesssystem für seine neuen Zementlagersilos. Die Anforderungen an den Sensor waren hoch: Die Umgebung ist sehr staubig mit einem hohen Anhaftungsgrad des Materials. Die Zementoberfläche weist nach dem Befüllen oder beim Entleeren außerdem steile Schüttwinkel auf. Wenn es um die Lagerung von Zementprodukten geht, muss die Technologie auch mit Feuchtigkeit fertig werden, die zum Verklumpen von klebrigen Materialien neigt, sowie mit geringer Dichte und niedriger Dielektrizitätskonstante. Außerdem tritt im Winter häufig Kondensation auf, die die Messung beeinträchtigen kann. UNTER REALEN BEDINGUNGEN TESTEN Zusammen mit dem lokalen Partner Smeri S.R.L testete das Team von UWT Level Control daher unter realen Anwendungsbedingungen verschiedene Technologien, die bereits in extrem staubigen Prozessumgebungen erfolgreich eingesetzt wurden. Die messtechnische Auslegung der Lagersilos erfolgte schließlich mit dem freistrahlenden Radarsensor Nivoradar NR 3100, der entsprechend den speziellen Einbauanforderungen konfiguriert wurde. Das Messgerät muss Entfernungen bis 19 m und DK-Werte von 3 bis 4 bewältigen. Bei Abfüllprozessen herrscht eine noch staubintensivere Umgebung mit hohem Verschmutzungsgrad. Die Prozesstemperaturen können 80 °C erreichen bei 0,8 bar Druck. Die 78-GHz-Technologie des Radarsensors hat einen 4° schmalen Radarstrahl und sorgt für ein zuverlässiges Füllstandsignal in den Einkammersilos. Auch während des Befüllens hat die Reflexion von der Oberfläche des Materials eine hohe Echozuverlässigkeit. FREISTRAHLEND ODER GEFÜHRT? Elektromagnetische Wellen bilden die Grundlage der Füllstandmessung mit Radar. Ein Radarsensor sendet eine gebündelte elektromagnetische Welle aus, die von Objekten als Echo reflektiert 26 VERFAHRENSTECHNIK 2022/09 www.verfahrenstechnik.de

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN 01 Die freistrahlenden Radarsensoren wurden entsprechend den speziellen Einbauanforderungen konfiguriert 01 02 Reaktionsschnelle Erfassung von Feststoffen und Flüssigkeiten und anschließend vom Sensor ausgewertet wird. Zur Kategorie der Radare gehören neben freistrahlenden Radarsensoren auch solche auf Basis der geführten Mikrowellentechnologie, die als geführtes Radar – TDR (Time Domain Reflectometry) oder auch GWR (Guided Wave Radar) – bezeichnet werden. Der grundlegende Unterschied zwischen freistrahlenden Sensoren und geführten Radarsensoren besteht in der Art und Weise, wie die elektromagnetischen Wellen das zu messende Medium erreichen. Während freistrahlende Radarsensoren spezielle DER SENSOR WIRD REGELMÄSSIG MIT LUFT GESPÜLT, DADURCH WERDEN ANHAFTUNGEN UND FALSCHE WERTE VERMIEDEN Antennentypen verwenden, um die Wellen berührungslos in Richtung des Materials zu übertragen, benötigen geführte Radarsensoren eine Sonde (Stab oder Kabel) als Wellenleiter, entlang der das Signal zum Medium geführt wird. Die Sonde hat Kontakt mit dem Medium. Freistrahlende Radarsensoren werden im Allgemeinen durch ihre Frequenz charakterisiert, da diese für die berührungslose Füllstandbestimmung in Prozess- oder Lagerbehältern wichtig ist. Radarsensoren mit hohen Frequenzen können kompakter gebaut werden, haben kleinere Abstrahlwinkel und bessere Reflexionseigenschaften, was letztendlich zu präzisen und zuverlässigen Messergebnissen führt. Die Kombination aus hoher Staubentwicklung und anhaftender Materialeigenschaft stellte für den Radar keine Herausforderung dar, da der Luftspülanschluss eine regelmäßige, zyklische Reinigung der Linsenantenne ermöglicht. Die Inbetriebnahme mit dem Schnellstart-Assistenten war einfach und intuitiv. Das macht das NR 3100 zur richtigen Wahl in der Zementlagerung. Durch den integrierten Verstellflansch konnte der Sensor auf die gewünschte Position auf dem Silodach ausgerichtet werden. KONTINUIERLICHE MESSUNG Zusätzlich zur Serie der geführten Radarsensoren dehnte UWT das Produktportfolio an freistrahlenden/berührungslosen Radargeräten aus. Die Erweiterung der berührungslosen Radarserie Nivoradar zur kontinuierlichen Füllstandmessung wurde dabei mit einer hochfrequenten 80-GHz-FMCW-Technologie (FMCW: frequency modulated continuous wave) und einer sehr engen Strahlkeule ausgestattet. Die Geräte sind international zertifiziert und eignen sich für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie. Die Detektion erfolgt mit hoher Messgenauigkeit bei kurzen Reaktionszeiten, ohne Blockdistanz im oberen Bereich. Die Zweileiter-Geräte wurden mit kleinen Prozessanschlüssen sowie einer sehr hohen Sensibilität (DK-Wert ≥ 1,3) entwickelt. Ein AUTORIN Simone Hadraschek, UWT GmbH, Betzigau 02 vielfältiges Montagezubehör sowie flexible Temperaturlösungen ermöglichen die Installation der kompakten Messtechnik in unterschiedlichen Behälterformen und Einbausituationen. Die Konfiguration erfolgt schnell und unkompliziert per UWT LevelApp. Über die optionale LED-Anzeige können die Sensorwerte direkt am Gerät eingestellt oder abgelesen werden. Sie arbeiten mit einer sehr hohen Prozessintelligenz und verfügen über einen Schnellstart-Assistenten. Ziel war es, mit einer einfachen Handhabung kundenfreundliche Bedingungen zu schaffen. Bilder: UWT www.uwtgroup.com www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 2022/09 27