Hygienische und bedienerfreundliche Strömungsmessgeräte

Zwei für alle Fälle

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Für die Strömungsüberwachung bietet Negele zwei Gerätebaureihen an: Die Ultraschallgeräte fws/fwa und die kalorimetrischen Strömungswächter fks. Die hygienisch gestalteten Messgeräte werden sowohl in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie als auch in der pharmazeutischen und biopharmazeutischen Industrie eingesetzt. Hier übernehmen sie unterschied- liche Aufgaben, beginnend bei der Überwachung des CIP-Rücklaufs über die Funktionsüberwachung von Pumpen und Rührwerken bis hin zur Kontrolle von Kühlkreisläufen und Filteranlagen.

Kai Löblein und Martin Springmann

Da der Markt schnelle und von der Temperatur unabhängig schaltende Strömungswächter fordert, bietet Negele neben den etablierten kalorimetrisch arbeitenden Geräten auch die Ultraschall-Strömungswächter FWS/FWA an. Durch ihre kurze Ansprechzeit von 1 s gewährleisten die Geräte eine hohe Prozessgenauigkeit.
Reflexion von Ultraschallwellen
Die Strömungswächter, die einen permanenten Einsatz bei Temperaturen von bis zu 140 °C problemlos standhalten, arbeiten nach folgendem Funktionsprinzip: Eine Ultraschallwelle mit einer definierten Frequenz wird vom Durchflusswächter in das strömende Medium gesendet. Damit diese Ultraschallwelle reflektiert werden kann, muss das Medium eine Mindesttrübung von 1 NTU oder Partikel mit einer Größe u003E 50 µm aufweisen. Diese Anforderung wird z. B. bei der Überwachung von Trinkwasser bereits erfüllt. Wird eine Welle von einem sich bewegenden Partikel reflektiert, ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit eine Frequenzverschiebung der Welle feststellbar. Die strömungsoptimierte Geometrie des Sensors stellt sicher, dass die Ultraschallwelle in einem definierten Winkel in das zu messende Medium gesendet wird.
Typischerweise finden die Ultraschall-Strömungswächter fws/fwa bei der Strömungsüberwachung von Trinkwasser, Fruchtsäften, Milch, heißem Frittieröl sowie von CIP-Medien Anwendung. Ungeeignet sind die Geräte dagegen für die Strömungsmessung von filtriertem Bier, Cola, VE-Wasser oder allen flüssigen Medien, die einer Ultrafiltration unterzogen wurden. Der Grund: Diese Medien sind frei von Partikeln, die für die Reflexion des Ultraschallsignals notwendig sind. Eine Besonderheit der fws/fwa-Geräte ist ein Analogausgang der sich auf einen Frequenzausgang bis 1 kHz umschalten lässt. Sinnvoll ist dies beispielsweise für den Einsatz als einfacher Wasserzähler in Verbindung mit einem entsprechenden Universalzähler als Auswertegerät.
Mit einer Sensorspitze
Für die Strömungsüberwachung von Medien, bei denen eine Mindesttrübung verlässlich nicht gegeben ist, eignen sich kalorimetrische Strömungswächter wie die fks-Geräte von Negele. Ihre im Vergleich zu anderen kalorimetrischen Sensoren kurze Ansprechzeit von 1 bis 5 s sorgt für eine hohe Prozessgenauigkeit. Über eine konfigurierbare LED-Anzeige erhält der Anwender Informationen über den Schaltzustand, die relative Fließgeschwindigkeit oder die Mediumtemperatur. Das Funktionsprinzip: Die kalorimetrische Strömungsüberwachung basiert auf dem physikalischen Effekt, dass das strömende Medium einem beheizten Sensor Wärmeenergie entzieht und ihn abkühlt. Die Temperaturänderung am Sensor ist der Strömungsgeschwindigkeit proportional.
Vielfach werden heute noch Strömungswächter mit zwei Temperatursensoren eingesetzt, bei denen, bedingt durch die Anordnung der Temperatursensoren, weder der wärmeleitende Kontakt zum Medium noch die Wärmeisolierung optimal aufeinander abgestimmt sind. Einer der Sensoren wird konstant beheizt, so dass sich bei stehendem Medium eine konstante Temperaturdifferenz zwischen beiden Temperatursensoren einstellt. Bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit wird dem beheizten Temperatursensor Wärmeenergie entzogen und die Temperaturdifferenz ändert sich. Die Änderung ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums. Im Unterschied dazu hat der kalorimetrische Negele-Strömungswächter nur eine Sensorspitze, in der ein Temperaturfühler und eine gepulste Heizung untergebracht sind. Beide Bauelemente haben dadurch einen optimalen wärmeleitenden Kontakt zum Medium. Dieser Sensoraufbau reduziert zudem die Zeitspanne eines undefinierten Betriebszustandes im Falle eines Temperaturschocks.
Herkömmliche kalorimetrische Strömungswächter müssen bei Temperaturen oberhalb 80 °C durch eine aufwendige externe Schutzschaltung deaktiviert werden. Anders die Situation bei den fks-Strömungswächtern: Sie können bis zu Mediumtemperaturen von 100 °C eingesetzt werden. Darüber hinaus verfügen die Sensoren über eine integrierte Schutz- und Abschaltfunktion. Letztere versetzt sie bei Temperaturen oberhalb 100 °C automatisch in einen Standby-Modus und verhindert so eine Beschädigung oder Selbstzerstörung der Geräte.
Im Unterschied zu den Ultraschall-Strömungswächtern eignen sich die kalorimetrischen Sensoren für nicht trübe, partikelfreie Medien wie demineralisiertes Wasser, Cola oder filtriertes Bier.
Vorteile beider Bauarten
In der Verfahrenstechnik haben sich Ultraschall- und kalorimetrische Strömungswächter in verschiedensten Anwendungen bei der Grenzwertüberwachung bewährt. Gegenüber mechanischen Systemen zeichnen sie sich durch eine hohe Zuverlässigkeit, Verschleißfestigkeit und Wartungsarmut aus. Ein weiterer Vorteile ist die einfache Signalverarbeitung in elektronischen Steuerungen. Folgende Gemeinsamkeiten kennzeichnen die fws/fwa- und fks-Sensoren:
  • Ausführung der Sensor komplett in Edelstahl
  • hygienegerechter elastomer- und tot-raumfreier Einbau ohne zusätzliches PTFE-Dichtband
  • Schutzart IP 69K
  • EHEDG-Gutachten und Bestätigung der FDA-Konformität liegen vor
Der Einbau der Sensoren sollte über das EHG-Einbausystem von Negele erfolgen. Es sichert ein laminares Strömungsprofil und sorgt für die Einhaltung der Genauigkeitsspezifikationen. Das Einbausystem besteht aus einem Rohrstück mit einer bereits eingeschweißten Muffe. Es ist aus Edelstahl 1.4404 gefertigt, steht in Nennweiten von DN 25 bis DN 100 im Standard nach DIN 11850 (Reihe 2) zur Verfügung und ist optional mit 2.2- oder 3.1B-Zeugnis lieferbar. Andere Rohrstandards wie ISO oder ASME sind ebenfalls verfügbar. Das gesamte Rohrstück sowie die Schweißnaht der Muffe sind elektropoliert. Damit werden selbst höchste Anforderungen an einen hygienegerechten Einbau erfüllt. Nutzt man für den Einbau der Sensoren andere Prozessanschlüsse (Varivent, Triclamp, DRD, etc.), ist sicherzustellen, dass an der Sensorspitze ein laminares, turbulenzfreies Strömungsprofil herrscht. Des Weiteren sind beim Einbau der Ultraschall- und kalorimetrischen Sensoren folgende Einbauhinweise zu beachten
  • Ein- und Auslaufstrecken vom Fünf- bzw. Dreifachen des Nenndurchmessers
  • bei waagrechten Rohren Montage von unten
  • bei senkrechten Rohrleitungen Sensor immer in Steigleitung montieren
  • bei starken Produktablagerungen wird seitlicher Rohreinbau empfohlen
dei 441

Weitere Informationen zu den Messgeräten
Brau Beviale 2007
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