Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Rota Yokogawa – excelence v měření průtoku

číslo 10/2006

Rota Yokogawa – excelence v měření průtoku

Společnost Rota Yokogawa je, i přes japonsky znějící jméno, tradiční (založený v roce 1909) německý podnik, se sídlem ve Wehru ve spolkové zemi Bádensko-Württembersko. Zde byl vynalezen legendární rotametr – plováčkový průtokoměr, který dal jméno firmě i měřicímu principu a je široce používán i v současné době. Uvedený podnik patří od roku 1995 koncernu Yokogawa, globální společnosti nabízející prvky i komplexní řešení pro průmyslovou automatizaci, a sortiment jeho výrobků se do současné doby značně rozrostl. Společnost Rota Yokogawa má nyní asi 120 zaměstnanců a vyrábí širokou škálu průtokoměrů prodávaných obchodními zastoupeními společnosti Yokogawa po celém světě.

Jedním z nich je také indukční průtokoměr Admag AXF, popsaný v časopise Automa č. 12/2003, o jehož použití v potravinářském průmyslu stručně pojednává první část tohoto článku. Jeho druhá část je věnována letošním novinkám v nabídce firmy.

Přesné stáčení majonézy do sáčků

Při stáčení kapaliny se o správnou míru stará samostatný přístroj nebo určitý stavební díl balicího stroje – obecně průtokoměr. Ten ale neodpovídá za správné dávkování sám, neboť na přesnost stáčení mají vliv i další strojní komponenty, zejména ventily.

Obr. 1.

Obr. 1. Osvědčený indukční průtokoměr Admag AXF

Sáček je výhodný obal. Není drahý a jeho hmotnost je nepatrná, takže se s ním snadno zachází a přeprava je také méně nákladná. Výhodný je i z hlediska ekologie při likvidaci odpadu. Z jednoho hlediska jsou ale sáčky přesto problematické – jako nádoby nepředstavují svými rozměry konkrétní jednoznačný objem. Tolerance v objemu sáčku může být až 10, i dokonce 15 %. Pro výrobce, který své zboží balí do sáčků, je takový rozptyl těžko přijatelný, stejně jako pro jeho zákazníky. Běžně se od výrobců balicích strojů očekává při balení do sáčků maximální odchylka dávky do jednoho procenta.

Přesnost ale nemusí být problém! Indukční průtokoměry Admag AXF (obr. 1) měří podle průměru a rychlosti průtoku se specifickou přesností 0,2 % nebo lepší, což je pro uvedená stáčecí zařízení dostačující. Výrobní haly ve Wehru opouštějí průtokoměry Admag AXF seřízené na maximální odchylku 0,35 %. Jsou však stejně přesné, když měří v balicím stroji průtok majonézy (nebo jiné kapalinu s velkou viskozitou)?

Majonéza je známa jako emulze, více či méně stabilní směs oleje, octa, vaječných žloutků a koření. Určitý zákon schválnosti je patrný už u vodivosti této emulze, která může značně kolísat. K tomu nemá majonéza stálou viskozitu ani složení. Jde o tzv. nenewtonskou kapalinu, takže když balicí stroj musí vyvinout určitý tlak, aby značně viskózní hmota proudila tryskou do sáčku, může se její konzistence prudce změnit. Méně již toto platí pro kečup nebo omáčky, v nichž je menší podíl tuku. Majonéza patří do jisté míry v oboru balicích strojů ke složitějším úlohám – dokáže-li ji stroj přesně dávkovat, proces funguje i se všemi jinými kapalinami.) měří podle průměru a rychlosti průtoku se specifickou přesností 0,2 % nebo lepší, což je pro uvedená stáčecí zařízení dostačující. Výrobní haly ve Wehru opouštějí průtokoměry Admag AXF seřízené na maximální odchylku 0,35 %. Jsou však stejně přesné, když měří v balicím stroji průtok majonézy (nebo jiné kapalinu s velkou viskozitou)?

Další zdroj obtíží spočívá v nespojité činnosti balicího stroje. Když se plní např. sáčky majonézy po 500 g, je tomu tak v rytmu přibližně jeden sáček za sekundu. Vlastní plnění přitom ale trvá jen asi polovinu sekundy! To znamená, že průtok není kontinuální, ale impulsní. I tato skutečnost znesnadňuje vlastní měření.

Obr. 2.

Obr. 2. Plnění sáčků majonézou

Průtokoměr Admag AXF se dokáže vypořádat se všemi uvedenými problémy. Nabízí např. režim buzení a režim vyhodnocení speciálně navržené pro pulsující měření. Nevadí mu ani kolísání vodivosti a nestálá konzistence majonézy. Je-li zvolen správný rozměr měřicí trubice – pro popsaný případ se jako nejvhodnější ukazuje DN25 –, měří přístroj AXF velmi přesně. Na každý mililitr kapaliny totiž průtokoměr vydává deset impulsů načítaných počítačem. Pokud je žádané plněné množství polovina litru, po 5 000 impulsech se uzavře ventil plnicího hrdla balicího stroje. Jestliže vše dokonale funguje, proudí majonéza měřicí trubicí průtokoměru rychlostí asi 0,8 m/s.

Jak tedy vznikají odchylky při dávkování? Vedou k nim různé příčiny, které ale nesouvisejí s měřením průtoku. Důležitým prvkem je doba potřebná k uzavření plnicího ventilu. Obvykle jsou ventily (ve stroji na obr. 2 uspořádané ve dvojici) ovládány tlakem pomocného média plnicího stroje. Plní-li se průtokem 500 g za 0,5 s, protéká ventilem asi jeden mililitr majonézy za milisekundu. Uzavře-li se ventil se zpožděním 5 ms, znamená to odchylku množství o 1 %. Plnicí ventily balicího stroje zpravidla nelze dokonale nastavit tak, aby se otevřely a zavřely vždy přesně v potřebném okamžiku. Doba, za kterou změní svůj stav, závisí na okamžitém pracovním tlaku, viskozitě a složení majonézy, na přilnavosti majonézy k pístu ventilu apod.

Uvedené důvody jsou příčinou, proč balicí stroje nedosahují 100% přesnosti. Přesnost ale může být lepší než 99 %. A ještě lepší je, když odchylky od žádané hodnoty jsou menší než 0,5 %! Platí, že čím mají stáčené potraviny menší viskozitu a stabilnější konzistenci, tím přesněji jsou dávkovány. Kapaliny s velkou viskozitou představují specifickou úlohu, nicméně s průtokoměrem Admag AXF lze docílit skutečně dobrých výsledků. Maximální chyba plnění 0,45 % při použití průtokoměru Admag AXF v praxi při stáčení majonézy udělala na uživatele skutečně dobrý dojem!

Novinky v nabídce Rota Yokogawa

Společnost Rota Yokogawa uvedla v poslední době na trh zajímavé novinky, z nichž některé jsou zmíněny v následující části článku.

Obr. 3.

Obr. 3. Corriolisův hmotnostní průtokoměr Rotamass

Nový indukční průtokoměr RXF – velká přidaná hodnota v oblasti měření průtoku vod
Společnost Yokogawa nyní nabízí průtokoměr Admag RXF (obr. 4) jako nízkonákladovou alternativu pro měření průtoku pitné i odpadní vody. Přístroj je kombinací jednoduché přírubové konstrukce měřicí trubice rozměrů DN15 až DN1000 s pryžovou výstelkou a korozivzdornými elektrodami (ocel 316L nebo Hastelloy C-276) se spolehlivým převodníkem s krytím IP67, vycházejícím z koncepce průtokoměru Admag AXF. Robustní koncepcí převodníku (–40 až +60°C při 95% RH), přesností ±0,5 % z okamžité hodnoty, opakovatelností 0,05 %, minimální potřebnou vodivostí média 5 rovně zanesení elektrod, tento průtokoměr opět převyšuje průměr běžný v oboru. Průtokoměr vyhovuje požadavkům, které na přístroje přicházející do styku s pitnou vodou kladou organizace NAMUR a německé asociace pro plyn a vodu DVGW.

Obousměrné měření průtoku vírovým průtokoměrem Digital Yewflo
Díky použité koncepci měření frekvence Karmánových vírů v celém průtočném průřezu lze instalovat dva průtokoměry proti sobě, aniž by se navzájem ovlivňovaly. Chyba v každém ze směrů přitom nepřekročí 0,75 % z aktuální hodnoty.

Spolehlivá konstrukce Digital Yewflo pro SIL 2
V úlohách souvisejících se zajištěním bezpečnosti provozu podle normy IEC 61508 je nutné stanovit úroveň zbytkového rizika. Podíl bezpečných poruch (SFF) 84,5 % znamená velkou pravděpodobnost, že průtokoměr Digital Yewflo rozpozná a nahlásí poruchu v procesu měření. Vírový průtokoměr poskytuje nejen údaj objemového průtoku, hmotnostního průtoku, teploty, ale informuje také o abnormálních stavech: vibracích, zalepování, pulsacích průtoku atd. V některých případech se prokázala také možnost detekovat zanášení či netěsnost výměníků tepla. Je-li požadována SIL 2, je nutné použít dva vírové průtokoměry za sebou, což zajistí redundantní signál.

Obr. 4.

Obr. 4. Indukční průtokoměr RFX

Rychlejší dodávky hmotnostních průtokoměrů
S cílem dosáhnout rychlejší reakce na požadavky zákazníků byla zavedena služba tzv. expresní dodací lhůty. Jestliže je do 12:00 h daného dne objednán jeden kus některého z modelů Corriolisova hmotnostního průtokoměru Rotamass (obr. 3), výrobce zaručuje expedici tohoto jednotlivého přístroje ze závodu včetně kalibrace do poledne následujícího dne.

Odolnější materiál krytu a rozšíření měřicího rozsahu průtokoměrů Rotamass
Běžný materiál krytu měřicích trubic průtokoměrů Rotamass je AISI304 (1.4301). Tento materiál však může v agresivním prostředí vykazovat známky koroze, což je zejména v potravinářství nežádoucí. Výrobce proto nově nabízí možnost zvolit kryt z odolnějšího materiálu AISI 316L (1.4404), u něhož se koroze již není třeba obávat.

Dále bude v měsíci říjnu 2006 řada průtokoměrů Rotamass rozšířena o snímač RCCT(S)39/XR, měřící průtok až do 550 t/h.

Nové provedení rotametrů RAMC
V minulém roce byl na trh uveden rotametr typu RAMC s krytem z lehké slitiny vyhovující normě DIN EN 50281-1-1 pro použití v prostředí hořlavého prachu podle ATEX 2D. Jeho robustní konstrukce splňuje také požadavky DIN EN 60079 pro použití podle ATEX 2G EEx d – prostředí s nebezpečím výbuchu plynů. Nový teplotní distanční adaptér pro rotametr RAMC umožňuje přístroj použít při teplotě média až 370 °C.

Obr. 5.

Obr. 5. V senzorech ultrazvukových průtokoměrů US300 je nově zavedena korekce vlivu teploty, významně zlepšující přesnost měření

Nová teplotní korekce ultrazvukových senzorů
V senzorech US300 je piezoelektrický akustický měnič buzen pulsem elektrického napětí vytvářejícím zvukový puls procházející stěnou potrubí i médiem, což je základ pro výpočet průtoku z rozdílu doby průchodu ultrazvuku médiem v jednom směru a v protisměru. Piezoměniče jsou chráněny proti zkratu při nárazu rezistorem s odporem 10 k. U nové verze senzorů je tento pevný rezistor nahrazen rezistorem s odporem závislým na teplotě, který umožňuje korigovat teplotní závislosti piezoměniče i geometrie celého senzoru (obr. 5). Výsledky získané při měření technických kapalin vykazují téměř trojnásobné zlepšení přesnosti.

Stálý tok inovací až k uživatelům

Společnost Rota Yokogawa nejenže neustále inovuje své průtokoměry, ale také důsledně dbá na nejvyšší úroveň odborných znalostí prodejců v obchodní síti společnosti Yokogawa. Nejen pořádáním nejrůznějších seminářům, ale i formou dálkového studia tak přispívá jak k profesionalitě svých výrobků, tak zejména k jejich úspěšnému používání v průmyslu. Společnost tak na případné problémy nahlíží i z perspektivy uživatele, což je jistě k užitku oběma stranám.

Ing. Tomáš Zetek, Yokogawa GesmbH

YOKOGAWA – Reprezentační kancelář
1. máje 120
703 00 Ostrava
tel.: 595 953 967
fax: 595 955 673
http://www.yokogawa.com