Radarsensor sichert Rohstoffversorgung

Klarer Blick trotz Einbauten

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In der Pharma- und Kosmetikbranche scheut man sich häufig, bestehende Sensoren durch ein anderes Messprinzip zu ersetzen, da der Aufwand für die erneute Zulassung oft um ein Vielfaches höher ist als die Kosten des Sensors. Dass es auch anders geht, zeigt das Beispiel Croda Ibérica.

Croda Ibérica stellt am Standort Fogars de la Selva, einer katalanischen Gemeinde Barcelonas, in großen Mengen Zwischenprodukte für den spanischen und portugiesischen Markt her. Seit mehr als zehn Jahren arbeitet das Unternehmen mit Vega Spanien zusammen und verlässt sich bei Fragen der Füllstandmesstechnik ganz auf das Tochterunternehmen des Schiltacher Füllstand- und Druckspezialisten. Im gesamten Werk gibt es etwa 200 Sensoren verschiedener Produktfamilien. Darunter sind Druckmessumformer, geführte Radarsensoren, unterschiedliche Grenzstanddetektoren für Flüssigkeiten und Feststoffe sowie Differenzdruckmessumformer. Besonderes Merkmal der Messstellen: Alle verwendeten Vega-Messgeräte und Sensoren sind Atex-zertifiziert. Die einzige Füllstandmessstelle, an der kein Vega-Sensor installiert wurde, ist ein Reaktor, in dem Temperaturen von über 300 °C herrschen. Hier bedient man sich eines Wägesystems.

Hohe Sendefrequenz vorteilhaft

Auch das 2016 auf den Markt gebrachte Radarfüllstandmessgerät Vegapuls 64 ist in Fogars de la Selva im Einsatz und spielt seine Vorteile bei der Messung einer Mischung aus speziellen Waschmittelformulierungen und Alkoholen aus. Hier messen die Sensoren den Füllstand des Rohstoffes in drei Tanks mit 2, 3 und 5 m Höhe. Das Ergebnis der Messung ist für die weiteren Prozesse entscheidend, weil das Endprodukt dieses Rohstoffes etwa ein Viertel der gesamten Produktion im Werk ausmacht.

Da das Unternehmen auf besonders zuverlässige Messwerte angewiesen ist, war der Aufwand an dieser Messstelle schon immer hoch. Zunächst arbeitete man mit Differenzdruckmessumformern, bei denen es jedoch zu Ablagerungen kam, was dem Rohrsystem zusetzte. Danach ging das Unternehmen zu geführtem Radar als Messprinzip über. Die Bauweise des Behälters mit eingebauten Rohren führte jedoch zu starken Ablagerungen an der eingesetzten Stabsonde.

Nicht nur das Medium führte aufgrund seiner Eigenschaft, sich an der Behälterwand und Einbauten abzusetzen, zu Ungenauigkeiten bei den bisherigen Messungen. Auch die Einbauten in Form von Heizschlangen und Rohrleitungen im Reaktor beeinflussten die Messsignale. Erst die Installation des Vegapuls 64, der mit der hohen Frequenz von 80 GHz arbeitet (bisher waren 26 GHz üblich), löste die Probleme, die es an der Messstelle gab.

Da der Vegapuls 64 mithilfe der Radartechnologie berührungslos misst, gibt es per se weniger Probleme mit Produktanhaftungen. Und auch aus hygienischer Sicht ist die Radarmesstechnik ideal. So lässt sich die frontbündig gekapselte Antenne optimal reinigen und sie ist unempfindlich gegenüber den extremen Bedingungen der SIP- und CIP-Prozesse.

Zudem ist der Vegapuls 64 trotz der deutlich kürzeren Wellenlänge unempfindlich gegenüber Ablagerungen und Kondensatbildung. Dies wird vor allem durch eine Anpassung der Empfindlichkeit im Nahbereich des Sensors erreicht. Die entfernungsabhängige Dynamikanpassung reduziert die Einflüsse von Störungen direkt vor dem Antennensystem und ermöglicht gleichzeitig eine sehr hohe Signalempfindlichkeit in einem größeren Abstand. Damit ist auch während der Reinigungszyklen eine zuverlässige Füllstandmessung möglich.

Reduzierung von Störsignalen

Auch die Bauweise des Behälters mit den komplexen Einbauten hat nun keinen Einfluss mehr auf eine genaue Messung. Dies gelang durch die bessere Fokussierung des Radarmessgerätes, die von der Sendefrequenz und der wirksamen Antennenfläche abhängt. Bei gleichbleibender Antennengröße kann also mit einer höheren Frequenz eine deutlich bessere Fokussierung erreicht werden. Umgekehrt bedeutet dies aber auch: Durch eine um den Faktor 3 höhere Sendefrequenz lassen sich auch die Antennengrößen verkleinern. Trotzdem erzielen diese eine ähnliche Signalfokussierung wie bisher. Dadurch sind wesentlich kleinere Prozessanschlüsse mit einer Antennengröße von nur ¾“ möglich. Dies entspricht gerade mal der Größe eines 1-Euro-Stückes.

Mit dieser neuen Antennenausführung konnten die Störsignale im Nahbereich deutlich reduziert werden. Da das Antennensystem in den Prozessanschluss integriert wurde, ragt nun keine Antenne in den Behälter hinein. Es ist also möglich, sicher bis dicht an den Prozessanschluss zu messen. Damit lässt sich das Behältervolumen besser ausnutzen und schafft mehr Flexibilität.

Messen bis zum Behälterboden

Es gab noch einen weiteren positiven Aspekt, den man zu Beginn bei Croda Ibérica nicht im Fokus hatte, sich in der Praxis jedoch als ausgesprochen wichtig herausstellte: Mit dem Vegapuls 64 ist es möglich, bei unterschiedlichsten Medien, bis zum Behälterboden zu messen. Dies ist vor dem Hintergrund entscheidend, dass der Tank alle zwei Wochen komplett entleert werden muss.

Dazu muss man wissen: Bei Medien mit kleinen Dielektrizitätszahlen durchdringt ein Teil der Signale das Medium und wird von dem darunterliegenden Behälterboden reflektiert. Somit bekommt man zwei Signale: den eigentlichen Füllstand und den Behälterboden. Die Signale des Bodens sind dabei umso größer, je geringer die Dielektrizitätszahl des Mediums und je besser der Boden des Behälters reflektiert (z. B. flacher Metallboden). Durch die deutlich kürzere Wellenlänge der 80-GHz-Signale des Vegapuls 64 werden diese im Medium erheblich stärker gedämpft als bei 26-GHz-Sensoren. Dadurch ist die Reflexion am Behälterboden deutlich geringer. Das hat zur Folge, dass eine Messung bis zum Behälterboden deutlich einfacher möglich ist, als mit bisherigen Sensoren.

Schnelle Inbetriebnahme

Obwohl die Bauweise des Behälters sehr komplex war, ging der Umbau und die Installation des Vegapuls 64 jedoch schnell vonstatten. Da der bestehende Prozessanschluss verwendet werden konnte, wurde der neue Sensor einfach auf dem vorhandenen Anschluss installiert.

Dieses Vorgehen hat sich bereits in anderen Anwendungen in der Pharma- und Kosmetikindustrie bewährt. Schließlich sind Anlagen und Apparate in der Regel abgenommen und eine nachträgliche bauliche Veränderung ist nur mit hohem Aufwand möglich. Die Gewindeausführungen können mit entsprechenden Adaptern, z. B. auf Clamp-Verbindungen adaptiert werden. Für den Einsatz im Aseptik-Bereich stehen weitere Prozessanschlüsse zur Verfügung, bei denen nur PTFE als medienberührender Werkstoff dient. Diese Prozessanschlüsse erfüllen die Anforderungen nach 3-A und EHEDG.

Die Bedienung war vertraut, da der Vegapuls 64 ebenfalls mit dem bewährten Plics-Konzept ausgestattet ist. So dient wie gewohnt das Anzeige- und Bedienmodul Plicscom zur Inbetriebnahme und Bedienung der Sensoren und zeigt die Messwerte vor Ort an. Ein PC oder eine spezielle Software sind nicht erforderlich. Das Anzeige- und Bedienmodul kann jederzeit in den Sensor eingesetzt und wieder entfernt werden, ohne die Spannungsversorgung zu unterbrechen. Dabei kommt auch die ebenfalls 2016 eingeführte drahtlose Bluetooth-Kommunikation zum Einsatz. Diese ist insbesondere für schwer zugängliche Stellen, raue Industrieumgebungen und Ex-Bereiche interessant. Das Modul ist abwärtskompatibel und lässt sich für die gesamte installierte Basis der Plics-Sensoren nutzen – in Druck- und Füllstandanwendungen, mit 70 verschiedenen Gerätetypen, ohne Softwareupdate und mit der bewährten Bedienstruktur. Damit kann der Anwender seine Plics-Sensoren aus sicherer Entfernung mit dem Smartphone oder Tablet, unabhängig davon, ob Apple- oder Android-Gerät, konfigurieren und parametrieren. Auch Anzeige- und Diagnosefunktionen stehen zur Verfügung. Die einzige Aufgabe des Wartungsteams von Croda Ibérica bestand in der Montage des Sensors.

Zuverlässige Ergebnisse

Neben den verlässlichen Messwerten schätzt Croda Ibérica vor allem die Fachkenntnisse des Vega-Technikers. Seit Jahren gibt es den gleichen Ansprechpartner, der auf Zuruf schnell reagiert und auch bei unvorhergesehenen Zwischenfällen eine Lösung parat hat. Trotz bewährter Technologie ist man bei Croda Ibérica immer interessiert an neuen Lösungen in der Füllstandmesstechnik, gerade weil dieser Parameter im Unternehmen eine bedeutende Rolle spielt. Daher zögerte das Unternehmen nicht lange, als der Vegapuls 64 auf den Markt kam. Die Sensoren wurden vor zwei Monaten eingebaut und liefern seitdem zuverlässige Messergebnisse.

www.prozesstechnik-online.de
Suchwort: cav0118vega


Autor: Jürgen Skowaisa

Produktmanager Radar,

Vega



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