Prozessoptimierung mit kalorimetrischen Strömungs- und Temperatursensoren

Effizientes und flexibles Fluidmanagement

  • Die FlexFlow Strömungs- und Temperatursensoren kontrollieren über den ganzen CIP-Zyklus hinweg die vordefinierte Fließgeschwindigkeit und Temperatur der Reinigungsmittel. Das erhöht die Effizienz, gewährleistet die geforderte Reinigungsqualität und garantiert die LebensmittelsicherheitDie FlexFlow Strömungs- und Temperatursensoren kontrollieren über den ganzen CIP-Zyklus hinweg die vordefinierte Fließgeschwindigkeit und Temperatur der Reinigungsmittel. Das erhöht die Effizienz, gewährleistet die geforderte Reinigungsqualität und garantiert die Lebensmittelsicherheit
  • Die FlexFlow Strömungs- und Temperatursensoren kontrollieren über den ganzen CIP-Zyklus hinweg die vordefinierte Fließgeschwindigkeit und Temperatur der Reinigungsmittel. Das erhöht die Effizienz, gewährleistet die geforderte Reinigungsqualität und garantiert die Lebensmittelsicherheit
  • Die FlexFlow Strömungs- und Temperatursensoren gibt es mit verschiedenen Prozessanschlüssen und Stablängen. Sie eignen sich damit für nahezu alle Applikationen.
  • Martin Leupold,  Senior Produktmanager  Prozesssensoren bei Baumer

Mit den Strömungssensoren FlexFlow PF20H für hygienische Anwendungen und PF20S für den industriellen Einsatz erweitert Baumer sein Portfolio der Prozesssensoren.

Prozesse zu optimieren lohnt sich immer, sowohl für die Umwelt als auch für den Geldbeutel des Anlagenbetreibers. Das gilt für Reinigungsprozesse im hygienesensiblen Pharma- und Food-Bereich ebenso wie für Kühlkreisläufe in industriellen Fertigungsanlagen. Doch bevor sich Abläufe und die Nutzung der Medien verbessern lassen, gilt es zunächst, den Ist-Zustand zu erfassen. Bei Kühl- oder Reinigungskreisläufen sollten dafür Durchflussmenge und Temperatur am besten sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf bekannt sein. Sensoren, die nach dem kalorimetrischen Prinzip arbeiten, sind hierfür eine praktikable Lösung, denn die kompakten Strömungssensoren liefern auch gleich den Temperaturwert mit. Das reduziert die Anzahl der Messstellen und minimiert den Aufwand für In­stallation, Service und Lagerhaltung.
Das kalorimetrische Messverfahren basiert auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Wärmeleitung und des Wärmetransports in Flüssigkeiten und Gasen. Ein Körper höherer Temperatur gibt an seine Umgebung Energie in Form von Wärme ab. Die Höhe der Energieabgabe ist abhängig von der Temperaturdifferenz und dem Massefluss. Das lässt sich messtechnisch nutzen: ein beheizter Sensor wird durch die ihn umströmende Flüssigkeit abgekühlt, dabei ist der Grad der Abkühlung direkt abhängig von der vorbeiströmenden Masse. Neben der Fließgeschwindigkeit lässt sich so mit einem Sensor auch die Medientemperatur erfassen und überwachen. Prinzipiell eignet sich das Verfahren für alle Medien und ist unabhängig von der Viskosität und der elektrischen Leitfähigkeit, kann also bspw. auch Reinstwasser messen.

Für Industrie- und Hygieneanwendungen
Mit den Strömungssensoren FlexFlow PF20H und PF20S ergänzen jetzt gleich zwei kalorimetrische Sensortypen das Produktportfolio von Baumer, das damit alle gängigen Prozessgrößen abdeckt. Mit ihnen lassen sich Fließgeschwindigkeiten und Temperaturen in ganz unterschiedliche Branchen und Prozessen erfassen. In der Version PF20S erfüllt der thermische Strömungssensor alle industriellen Anforderungen, während die Version PF20H speziell für den Einsatz in hygienisch sensiblen Bereichen ausgelegt ist. Beide Varianten eignen sich für Fließgeschwindigkeiten von 10 bis 400 cm/s und Temperaturen zwischen -25 und +150 °C, nehmen also auch dann keinen Schaden, wenn z.B. CIP-Reinigungsprozesse in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie mit hohen Temperaturen gefahren werden.
Die Sensoren gibt es entweder in Analogausführung (4...20 mA, 0...10 V) oder mit frei einstellbaren Ausgängen mittels IO-Link. Die Schnittstelle IO-Link erlaubt die gleichzeitige Parametrierung mehrerer Sensoren. Das vereinfacht die Schaltpunktanpassung für unterschiedliche Prozessschritte und spart Zeit. Alle Datensätze können zudem zentral in der SPS vorgehalten werden, was eine fehlerfreie Konfiguration der Anlage gewährleistet.

Reinigungszyklen überwachen
Die Einsatzbereiche der thermischen Strömungssensoren sind breit gefächert. So lassen sich mit ihrer Hilfe ganz unterschiedliche Prozesse in geschlossenen Rohrsystemen effektiv überwachen und gegebenenfalls optimieren. Ein typisches Beispiel sind CIP-Reinigungsverfahren im Food- und Pharmabereich. Hier ist neben der Temperatur auch die Strömungsgeschwindigkeit der Reinigungslösung ein wichtiges Kriterium. Ist sie zu gering, dauert die Reinigung zu lange und die Produktivität der Anlage sinkt. Im schlimmsten Fall kann sogar die Reinigungsqualität leiden. Deshalb empfiehlt es sich, die Fließgeschwindigkeit nicht nur direkt nach der Pumpe, sondern auch im Rücklauf zu überwachen. Die Strömungswiderstände in den Rohrleitungen werden dadurch zuverlässig erfasst. Auch am entferntesten Punkt zur Pumpe kann gewährleistet werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit für die Reinigung ausreichend hoch ist. Das garantiert eine sichere Reinigung des gesamten Rohrleitungssystems.
Der FlexFlow ist für solche Anwendungen prädestiniert. Dank seines symmetrischen und zentrierten Designs kann der Sensor unabhängig von Einbaulage und Ausrichtung optimal im Prozess installiert werden. Das garantiert präzise Messungen und Prozesssicherheit. Die für thermische Strömungssensoren typische Systemschwäche (Unterscheidung zwischen Temperatur- oder Strömungsänderung) bei großen Temperatursprüngen, wie sie in einem CIP-Prozess z. B. beim Wechsel von kalter Milch auf heiße Reinigungsmedien vorkommen, gehört der Vergangenheit an. Ein in die Sensorvariante mit IO-Link integriertes Quality-Bit signalisiert, ob das Strömungssignal gültig oder ungültig ist.
Aber auch bei anderen Reinigungsprozessen bringen die FlexFlow Strömungssensoren Vorteile. Reinigungsprozesse zu überwachen empfiehlt sich aus ökologischen und ökonomischen Gründen z.B. auch in der Flaschen-, Textil- oder Bauteilreinigung. Werden Temperaturen und Fließgeschwindigkeit überwacht, lassen sich auch hier die Medien ressourcenschonend einsetzen sowie der Energieeinsatz reduzieren und Reinigungszyklen optimieren.

Wenn die Temperatur die Prozessqualität beeinflusst
Bei vielen Anwendungen ist die richtige Werkzeugtemperatur entscheidend für Material­eigenschaften oder das Einhalten bestimmter Fertigungstoleranzen und damit den Produktionserfolg. Beim Kunststoffspritzgießen bspw. hängt die Qualität des Kunststoffbauteils von der richtigen Temperierung ab, da die Fertigungstoleranzen und Materialeigenschaften temperaturabhängig sind. Bei der konventionellen Temperierung ist eine stabile Temperatur qualitätsentscheidend, bei der variothermen Werkzeugtemperierung wird die Temperatur innerhalb eines Spritzyklusses kontrolliert verändert. Je nach Methode überwachen in Kühlkreisläufen oder Temperiergeräten installierte FlexFlow Strömungssensoren zuverlässig und sicher vordefinierte Prozessparameter.
Die thermischen Strömungssensoren lassen sich in praktisch jedem Prozess einfach installieren, z. B. auch in der Stahlindustrie. Hier lässt sich die CO2-Bilanz deutlich verbessern, wenn die Kühlprozesse entsprechend optimiert werden. Die Sensoren gibt es mit unterschiedlichen Prozessanschlüssen und Stablängen von 16 mm bis 200 mm. Für den Industriebereich steht zudem eine verschiebbare Version zur Verfügung; unterschiedliche Nennweiten lassen sich dann mit dem gleichen Sensor abdecken. Das kann die Lagerhaltung deutlich erleichtern, wenn die Sensoren z. B. in unterschiedlichen Systemen eingesetzt werden sollen. Da thermische Strömungssensoren ohne bewegliche mechanische Bauteile auskommen, sind sie nahezu wartungsfrei und sichern so über viele Jahre einen reibungslosen Betrieb der Anlagen, bei denen sie Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur überwachen.

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