Aktuální vydání

celé číslo

08

2021

Digitální transformace a konvergence provozních, informačních a inženýrských systémů

Výzkum, vývoj a vzdělávání v automatizaci

celé číslo

Spolehlivé měření výšky hladiny a tlaku v potravinářství

Společnost Level Instruments CZ – Level Expert, s. r. o., se specializuje na dodávky měřicí techniky pro průmyslové provozy, zejména techniky k měření výšky hladiny kapalin a sypkých látek, rozhraní mezi nemísícími se kapalinami a v neposlední řadě i k měření tlaku.
Společnost nabízí také přístroje a systémy vyhovující specifickým požadavkům nejrůznějších odvětví průmyslu. Přístroje uživateli poskytují spolehlivé údaje o poloze hladiny měřeného produktu, tj. o jeho množství, tlaku, a to bez ohledu na druh média.
Tento článek je zaměřen na hladinoměry a snímače tlaku pro potravinářské provozy. Přístroje se používají v nejrůznějších provozních zařízeních, skladovacích i míchacích nádržích atd.

Pracovníci společnosti Level Instruments CZ – Level Expert mají s dodávkami měřicích a regulačních přístrojů pro potravinářský průmysl desítky let zkušeností. Co se týče techniky pro zařízení s vysokými požadavky na hygienu, snímače německého výrobce VEGA Grieshaber KG měří výšku hladiny a tlak v nádržích a potrubí s mimořádnou přesností a s velkou spolehlivostí. Jejich instalace, nastavení a uvedení do provozu jsou zcela jednoduché. Snímače jsou z certifikovaných materiálů a jejich připojení odpovídá hygienickým standardům. Jsou odolné proti tlakovým rázům a mají dlouhou životnost.

Snímače VEGA jsou certifikovány v souladu s nařízením Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1935/2004 o materiálech a předmětech určených pro styk s potravinami, se směrnicemi sdružení EHEDG, potravinářskými standardy 3A a v souladu se standardy FDA pro americký trh.

 

Měření zaplnění tanku s bezinkovou šťávou

Při výrobě bezinkového koncentrátu, z něhož se vyrábí přírodní potravinářské barvivo, je třeba bezinky nejprve rozdrtit. Pro zachování kvality se drcená směs ovoce chladí. K tomu, aby byla zaručena kvalita a dodrženy hygienické standardy, je třeba přesně měřit teplotu a zaplnění zásobní nádoby.

Výška hladiny v nádrži je do 10 m, teplota média 0 až +5 °C. Problémy v této úloze může působit kromě nízké teploty také kondenzace nad hladinou.

Potravinářský závod používá k měření výšky hladiny hydrostatický princip: u dna nádoby je umístěn snímač tlaku Vegabar 82 (obr. 1). V této úloze se s výhodou využívá schopnost Vegabaru 82 měřit i teplotu, a není proto třeba instalovat dodatečný snímač této veličiny.

 

Snímač tlaku Vegabar 82
Proč právě Vegabar 82 (obr. 2)? Výhodou je to, že snímač je vyroben z materiálů, které odpovídají požadavkům FDA i podmínkám evropské směrnice EC 1935/2004 pro materiály a předměty určené pro styk s potravinami. Vegabar 82 navíc kromě tlaku, z něhož se odvozuje výška hladiny, měří integrovaným senzorem i teplotu. Snímač je spolehlivý, jeho cena je výhodná, nevyžaduje údržbu a umožňuje nepřetržitý provoz. Dlouhodobé stability je dosaženo užitím suché měřicí buňky Certec s čelní keramickou membránou.

Keramický senzor snímače Vegabar 82 je odolný nejen v širokém rozsahu teplot, ale i proti teplotnímu šoku. Univerzální standardní přístroj zvládá provozní teploty až +150 °C. Extrémní faktor přetížení 200krát je jedinečný na trhu. Tento snímač tlaku je vhodným a výhodným řešením v 80 % úloh v procesním průmyslu, např. pro:

  • monitorování vstupního tlaku v kanalizačních potrubích,
  • měření tlaku a přetlaku v přetlakových nádobách,
  • měření hladiny papírenské buničiny v bělicích věžích (chrání výtlačná čerpadla před poškozením chodem nasucho),
  • sledování podtlaku v destilačních kolonách (do absolutního vakua).

         

Měření hladiny při výrobě polyvinylacetátu

Polyvinylacetát – jeden ze základních materiálů některých druhů žvýkaček – se vyrábí polymerací v reakční nádobě se čtyřbodovým míchadlem (obr. 3). Suroviny začínají reagovat během míchání. Pro zajištění plynulé produkce je nutné přesně měřit hladinu v rozsahu do 7,5 m. Médium má však malou dielektrickou konstantu a hladina je neklidná. Teplota v reaktoru je +120 až +150 °C, tlak 120 až 150 kPa.

Vegapuls 64 (obr. 4) je snímač pro kontinuální měření polohy hladiny kapalin. Pracuje s přenosovou frekvencí 80 GHz, což je třikrát více než u běžněji používaných hladinoměrů. Proto mohou mít antény a mechanické připojení menší rozměry. To je výhodné u malých nádrží nebo v úzkém prostoru. Velmi dobré zaostřování signálu (divergence 3°) umožňuje použití v nádobách s mnoha zařízeními, jako jsou např. míchadla a topné spirály.

 

Skladovací nádrže na alkohol

Nádrže na skladování alkoholů jsou považovány za potenciálně výbušné, a proto se nacházejí ve zvláštních místnostech. Když je třeba alkohol použít, je čerpán přímo do příslušné výrobní nádoby prostřednictvím uzavřeného systému (ring main). Pro spolehlivé měření polohy hladiny v nádrži a pro monitorování napájecího tlaku v potrubí jsou zapotřebí spolehlivé měřicí přístroje (obr. 5).

Používá se snímač tlaku Vegabar 82, který je univerzálně použitelný k měření tlaku plynů, par a kapalin. Díky keramické měřicí buňce je možné zvolit jej také k měření abrazivních médií. Zároveň je zaručena velká přetížitelnost a odolnost proti vakuu. Snímačem lze rovněž měřit rozdíl tlaku u dna a nad hladinou a z něj při známé hustotě vypočítat výšku hladiny.

Jako hladinový spínač je v těchto nádobách použit vibrační spínač Vegaswing 63 (obr. 6). Nezávisle na montážní poloze spolehlivě rozpozná polohu hladiny s milimetrovou přesností. Spínač je určen k detekci minimální nebo maximální hladiny. Může se použít i jako ochrana proti přeplnění nebo ochrana proti chodu čerpadla naprázdno. Poloha spínacího bodu se určuje pomocí volitelného prodloužení. Dodáván je i v provedení do zařízení se zvýšenými požadavky na hygienu.

 

Míchací a dávkovací nádrž pro jogurt

Při výrobě jogurtu mění bakterie mléčný cukr (laktózu) na kyselinu mléčnou. K jejich optimálnímu růstu je třeba mléko řízeně zahřívat a míchat v míchací a dávkovací nádrži. Při tom se mléko zahušťuje a kyselina mléčná dává jogurtu jeho kyselou chuť. Výsledný produkt se ochladí. Při dalším zpracovávání jsou do jogurtu přidány kousky ovoce, ořechy nebo obilné vločky a vše je smícháno dohromady. Aby bylo naplnění nádrže optimální, je nutné spolehlivě měřit polohu hladiny a detekovat její limitní hodnoty.

Rozsah měření je do 10 m, provozní teplota 0 až +135 °C a tlak –100 až +500 kPa (–1 až 5 bar). Snímače musí odolávat podmínkám nejen při výrobě jogurtů, ale i při mytí mezi jednotlivými výrobními dávkami.

V této úloze lze s výhodou použít radarový snímač Vegapuls 64, protože tento bezkontaktní a přesný přístroj není ovlivňován míchadly a jeho zapouzdřená anténa odolává procesům čištění a sanitace CIP a SIP. Měření není ovlivňováno změnou hustoty jogurtu při výrobě.

Jako ochrana proti přeplnění v míchací a dávkovací nádrži slouží spolehlivé a přesné vibrační hladinové spínače Vegaswing 63. Jejich spínací bod je nezávislý na měřeném médiu a měřicí vidličky z korozivzdorné oceli jsou odolné proti čisticím procesům, abrazi a ulpívajícím nánosům.

 

Zásobníky čokolády

Při konšování se čokoláda při teplotě +50 až +65 °C dvě hodiny až tři dny míchá, hněte, šlehá a provzdušňuje v konšovacím stroji. Během konšování se tříští shluky kakaového másla, aby se v čokoládě rovnoměrně rozložilo. Tím se zvyšuje homogenita čokoládové hmoty, zlepšují se její chuťové vlastnosti a kvalita.

Jakmile čokoláda opustí konšovací stroj, je udržována při teplotě přibližně +45 °C ve velkých nádržích s kapacitou až 60 t. Míchadlo zajišťuje homogenitu hmoty a stejnou teplotu skladovaného produktu v celém objemu. Pro hlídání maximální hladiny čokolády v těchto uzavřených nádržích se používají limitní hladinové spínače Vegacap 63 (obr. 7). Poskytují spolehlivé výsledky, protože nejsou citlivé k nánosům a nálepům na tyčové sondě a neovlivňuje je konzistence a teplota tekuté čokolády. Pro limitní spínače Vegacap 63 je charakteristická snadná montáž a uvedení do provozu.

V nádržích je však důležité i kontinuální monitorování hladiny. Ověřeným řešením je použití snímače hydrostatického tlaku Vegabar 82, který je instalován na dně nádrže. Je opatřen čelní keramickou membránou, která vylučuje poškození abrazí nebo zanesení procesního připojení tekutou čokoládou. Měření není ovlivňováno míchacím zařízením. Keramická měřicí buňka Certec vyniká dlouhodobou stabilitou. Elektronika snímače je chráněna robustním pouzdrem. Samozřejmostí je možnost snímač čistit a sterilizovat postupy CIP a SIP.

Snímačem Vegabar 82 je možné měřit polohu hladiny až 3 m středně tekuté čokoládové hmoty. Provozní teplota je +20 až +100 °C, tlak 0 až 500 kPa.

K měření polohy hladiny čokolády v plnicích nádržích se používá radarový hladinoměr Vegapuls 64. Tento bezkontaktní snímač je odolný proti abrazi a nánosům. Kompaktní konstrukce zjednodušuje montáž a minimální mrtvá zóna umožňuje spolehlivé měření i v malých nádržích.

Radarový hladinoměr pro potravinářský průmysl – Vegapuls 64
Nejnovější radarový hladinoměr Vegapuls 64 je první 80GHz provozní radarový hladinoměr od firmy Vega určený k měření kapalin, který otevírá zcela novou éru v měřicí radarové technice. Společnost Vega tak nyní nabízí kompletní sortiment spolehlivých snímačů s výhodami 80GHz radarové techniky jak pro měření kapalin, tak pro měření sypkých materiálů. Hladinoměr Vegapuls 64 je díky svým vlastnostem vhodný k použití v chemickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu. S nejmenší anténou svého druhu je ideální pro použití v malých skladovacích nebo procesních nádržích.

Čím větší je dynamický rozsah radarového hladinoměru, tím širší je rozsah jeho použití a tím lepší je spolehlivost měření. V tomto ohledu Vegapuls 64 získává přední postavení na světovém trhu. Může měřit média se špatnými odrazovými vlastnostmi s výrazně lepšími výsledky než předchozí radarové hladinoměry, a to v podstatě až na dno nádrže. Dokonce ani média s hustou pěnou na hladině, extrémně turbulentní hladina produktu, kondenzace nebo nánosy na anténě nemají vliv na měření a hladinoměr Vegapuls 64 si udržuje svou přesnost a spolehlivost.

Měření tlaku a limitní měření při čištění lahví

Před plněním piva nebo jiných nápojů musí být lahve důkladně vyčištěny. Lahve se v nádrži mycího zařízení plní louhem, čímž se odstraní veškerá hrubá nečistota a kontaminace. Potom je do lahví pomocí vysokotlakých trysek rozprašována voda o různých teplotách, aby se odstranily veškeré zbývající nečistoty a louh. Pro zajištění optimálního provozu systému je třeba měřit polohu hladiny v nádrži. K tomu se využívá hydrostatické měření. Kromě toho se měří tlak v přívodním potrubí do nádrže a ve vodovodním potrubí k proplachovacím tryskám.

Pro limitní detekci hladiny vody a pro detekci přítomnosti vody v potrubí jsou určeny kapacitní spínače Vegapoint 21 (obr. 8). Jejich výhodami jsou velká spolehlivost, použití schválených materiálů v souladu s FDA a EC 1935/2004, uživatelská přívětivost, kompaktní tvar a rovněž cenová výhodnost. Nepřetržité monitorování hladiny zajišťuje optimální provoz systému. 

Vegabar 28
Pro monitorování tlaku v přívodním potrubí do nádrže s louhem se používá snímač Vegabar 28 (obr. 9). Předností snímače s čelní membránou je dobrá čistitelnost. Snímač se vyznačuje kompaktním provedením, které usnadňuje montáž. Pro pohodlnou diagnostiku na dálku je snímač vybaven rozhraním Bluetooth.

Vegabar 38
Pro měření výšky hladiny v louhové lázni se používá hydrostatický tlakový snímač Vegabar 38. Snímač má keramickou měřicí buňku Certec, která je odolná proti roztoku louhu ve vodě. Stejně jako Vegabar 28 i tento snímač je díky čelní membráně dobře čistitelný a pro pohodlnou diagnostiku na dálku je vybaven rozhraním Bluetooth.

Vegapoint 21
Pro limitní sledování polohy hladiny v nádrži s louhem se používá limitní kapacitní spínač hladiny Vegapoint 21. Stav spínání indikuje kruhový světelný indikátor, dobře viditelný ze všech směrů. Kompaktní konstrukce usnadňuje montáž i čištění. Také tento snímač je pro pohodlnou diagnostiku na dálku vybaven rozhraním Bluetooth.

 

Závěr

Všechny dodávané přístroje vyhovují příslušným českým i evropským normám a jejich spolehlivost je ověřena dlouholetým provozem u nás i v zahraničí. Mnoho let zkušeností umožňuje pracovníkům společnosti porozumět specifickým požadavkům daného odvětví a správně na ně reagovat. Společnost Level Instruments CZ – Level Expert je připravena dodat měřicí techniku pro jakékoliv průmyslové odvětví, a to včetně bezplatného technického poradenství, vypracování návrhu řešení, zapůjčení snímačů a jejich vyzkoušení u zákazníka v konkrétní aplikaci.

(Level Instruments CZ – Level Expert)

 

Obr. 1. Výška hladiny bezinkové šťávy se měří snímačem tlaku na hydrostatickém principu
Obr. 2. Snímač tlaku Vegabar 82
Obr. 3. Reakční nádoba se čtyřbodovým míchadlem pro výrobu polyvinylacetátu
Obr. 4. Radarový snímač pro kontinuální měření polohy hladiny kapalin Vegapuls 64
Obr. 5. V nádrži s alkoholem se měří výška hladiny na hydrostatickém principu, proti přetečení je instalován vidličkový vibrační spínač a v potrubí je umístěn snímač tlaku
Obr. 6. Limitní vibrační hladinový spínač Vegaswing 63
Obr. 7. Limitní hladinový spínač Vegacap 63
Obr. 8. Kapacitní spínač Vegapoint 21
Obr. 9. Tlakoměr Vegabar 28