Sisteme de tratare a apei pure și ultrapure
Raportul aplicației
Nu doar curată, ci absolut pură
De mai bine de 30 de ani, EnviroFALK GmbH proiectează, produce și vinde sisteme de apă pură și ultrapură pentru o gamă largă de sectoare industriale din întreaga lume. În principiu, apa așa cum curge de la robinet, nu reprezintă o provocare pentru senzorii de proces. Cu toate acestea, apa ultrapură este o cu totul altă poveste. Senzorii utilizați în aceste procese de tratare trebuie să fie mult mai eficienți și mai rezistenți.
Toți cei care au încercat să curețe o suprafață folosind apă de la robinet cunosc deja efectul: Este posibil să constatați că apar pete inestetice. Pe geamurile ferestrelor sau pe paharele de sticlă, acest efect poate perturba doar percepția noastră estetică, însă în procesele industriale, ar putea compromite semnificativ calitatea produselor. De exemplu, în cazul în care apa tratată este utilizată pentru clătirea pieselor metalice prelucrate în vederea îndepărtării uleiurilor și a lichidelor de răcire, pentru a le pregăti pentru acoperirea sau galvanizarea ulterioară. Sau în industria optică și în tehnologia medicală, unde apa de clătire nu trebuie să lase niciun reziduu după uscare.
Soluția: apă pură. Această apă nu conține minerale dizolvate, săruri sau bacterii. În funcție de gradul de calitate, se folosește termenul de apă pură sau ultrapură.
Sisteme de apă ultra-pură
Compania EnviroFALK cu sediul în Westerburg, Germania, s-a afirmat ca un specialist în acest domeniu. Înființată în 1989, compania este, în prezent, unul dintre liderii de piață în domeniul sistemelor de apă ultrapură. Peter Leyendecker, co-fondator și director general, explică: Noi dezvoltăm concepte pornind de la diferitele tehnologii de tratare a apei disponibile pe piață: sisteme de osmoză inversă, ultrafiltrare, nanofiltrare sau sisteme de schimb de ioni. Adesea, sistemele noastre folosesc o combinație de mai multe tehnologii. Oferim clienților noștri concepte complete pentru reducere consumului de apă, recirculare și, în special, pentru tratarea apei pure.
Maximilian Meurer, inginer de măsurători și control la EnviroFALK, explică modul de funcționare: În acest sistem de tratare a apei de proces, noi injectăm apă normală, așa cum curge de la robinet. În prima etapă, aceasta este dedurizată. Cu această apă dedurizată, toate solidele sunt filtrate prin osmoză inversă. În următoarea etapă de purificare, apa trece printr-un cartuș cu schimb de ioni. Acesta este umplut cu un amestec de granule speciale, sau rășină în strat mixt, care elimină toate mineralele din apă. Pentru a verifica calitatea acestei ape complet desalinizate, folosim senzori de conductivitate de la ifm. Pe baza valorii de proces pe care o oferă, putem recunoaște imediat o creștere a conductivității, odată ce cartușul este uzat și trebuie să fie înlocuit. Apa pură este pompată într-un rezervor pentru stocare temporară și, de asemenea, parțial încălzită pentru a permite o utilizare variabilă în diverse aplicații. Apa desalinizată este supusă în plus la radiații UV, pentru a combate germenii și pentru a menține un grad ridicat de puritate.
Instalație de tratare a apei de proces cu diferite niveluri de puritate.
Senzori și cerințe
Pentru monitorizarea procesului complex de tratare și pentru asigurarea unei calități permanent ridicate a apei ultrapurificate, sunt utilizați diferiți senzori de la specialistul în automatizare, ifm. Chiar și cea mai mică contaminare sau remineralizare ar putea reduce calitatea și trebuie evitată cu orice preț. Acesta este motivul pentru care EnviroFALK utilizează senzori montați la nivelul țevilor și rezervoarelor sale. Avantajul: Nu există spații moarte în care apa să stagneze, fapt care ar putea duce la o încărcare nedorită a apei. O altă provocare constă în faptul că apa demineralizată va căuta în mod constant să compenseze starea de desalinizare nenaturală, prin dizolvarea mineralelor din materialele înconjurătoare, de exemplu, din pereții convenționali din oțel inoxidabil, ceea ce va determina în timp apariția de fisuri. Acesta este motivul pentru care țevile din acest sistem sunt fabricate din plastic sau din oțel inoxidabil de o calitate extrem de ridicată. Același lucru este valabil și pentru senzorii care intră în contact cu mediul. ifm oferă senzori speciali pentru aplicații cu apă ultrapură. Părțile de contact ale suprafeței de detecție sunt alcătuite din oțel inoxidabil de înaltă calitate sau din alte materiale din care apa ultrapură nu poate extrage nicio moleculă.
Imaginea 1: Rezervoare izolate în aval pentru încălzirea și stocarea apei pure. Imaginea 2: Senzorul LDL101 de la ifm efectuează măsurători de conductivitate pentru a monitoriza puritatea apei și anunță la timp când este necesară înlocuirea cartușelor schimbătorului de ioni.
Măsurători cheie: valoarea conductivității
Senzorul de conductivitate LDL101 reprezintă alegerea potrivită în cazul în care puritatea apei este crucială pentru calitatea produsului sau pentru fiabilitatea procesului. Valoarea conductivității este reciproca valorii rezistivității electrice a apei. Cu cât apa este mai pură, cu atât rezistența sa este mai mare și conductivitatea mai mică.
Maximilian Meurer, inginer de măsurare și control la EnviroFALK, adaugă: Utilizăm senzorul LDL101 IO-Link pentru măsurarea conductivității, care este esențială pentru a asigura calitatea apei foarte purificate. Conductivitatea indică concentrația de ioni din apă. Cu cât numărul de ioni liberi este mai mic, cu atât conductivitatea este mai mică. Senzorul de conductivitate LDL101 ne-a convins prin intervalul său foarte mare de măsurare, de la 0,04 la 1.000 microsiemeni pe centimetru. Acest lucru este ideal, întrucât ne permite să acoperim toate etapele sistemului cu un singur tip de senzor, de la apa normală municipală de la intrare, până la apa ultrapură de la ieșire. Folosirea unui singur tip de senzor reduce costurile de stocare. Iar o varietate mai mică de senzori înseamnă, de asemenea, o complexitate mai scăzută pentru tehnicienii noștri de întreținere pe teren. Am fost în egală măsură impresionați de designul compact al senzorului. Îl putem conecta cu tehnologia standard de conectare M12 și nu avem nevoie de cabluri de date costisitoare sau de o unitate de evaluare externă în tablou, ceea ce ne permite să economisim timp, spațiu și costuri.
Rezoluția înaltă și transmiterea digitală, fără pierderi, a valorilor măsurate prin IO-Link permit o analiză precisă și permanentă a calității apei, asigurând un proces impecabil. De exemplu, dacă valoarea conductivității crește în timpul producției de apă ultrapură, acest lucru indică faptul că piesele necesită întreținere.
Măsurarea presiunii curate
Presiunea din conducte trebuie monitorizată în mai multe puncte din sistem. În viitor, senzorul de presiune PL15 va fi utilizat într-un sistem complex de apă și va îndeplini mai multe sarcini concomitent. În primul rând, folosim PL15 pentru controlul pompei. Datorită IO-Link, senzorul dispune de o rezoluție excelentă pe întregul interval de presiune, de la 0 la 10 bar. IO-Link permite citirea directă a valorilor măsurate în format digital, adică fără pierderi de conversie, ceea ce ne oferă un plus de precizie. Mai mult decât atât, nu mai este necesar să efectuăm nicio setare la nivelul senzorului, fapt care facilitează manipularea. Un alt domeniu de aplicare în care senzorul de presiune își poate dezlănțui cu adevărat punctele forte este rezervorul. PL15 este, de asemenea, potrivit pentru monitorizarea nivelului. Designul său încastrat previne spațiile moarte care pot cauza acumulări de apă și, astfel, o încărcare nedorită a apei. Un alt beneficiu al senzorului de presiune este acela că furnizează temperatura mediului ca o valoare suplimentară a procesului, ceea ce sporește și mai mult transparența și controlul procesului, afirmă Maximilian Meurer.
Senzorii de presiune deosebit de compacți și încastrați, din seria PL15, care pot fi configurați liber prin IO-Link, oferă o flexibilitate maximă.
Măsurarea precisă a debitului de apă ultrapură
Cantitatea de apă pură disponibilă la sfârșitul procesului de tratare este, de asemenea, relevantă pentru client. În timpul osmozei inverse, fluxul de alimentare este separat într-un flux de apă pură, denumit permeat, și un flux de concentrat, care conține particule. De exemplu, prin compararea celor două cantități, operatorul instalației poate observa că filtrele necesită întreținere sau că fluxul de alimentare este puternic contaminat cu substanțe străine. Pentru a obține un rezultat exact, debitul trebuie să fie măsurat cu precizie în mai multe puncte din sistem.
În acest scop, specialistul în senzori, ifm a dezvoltat debitmetrul cu ultrasunete de tip SU pentru aplicații cu apă ultrapură, care poate detecta cu mare precizie debite de până la 1.000 l/min. Datorită tehnologiei cu ultrasunete, acest lucru este valabil și pentru apa ultrapură cu conductivitate scăzută, așa cum este produsă în instalațiile de la EnviroFALK. În combinație cu senzorii de conductivitate din familia LDL, se poate stabili un control fiabil al calității și cantității în procesul de filtrare. Țeava de măsurare a debitmetrului este fabricată din oțel inoxidabil de calitate superioară și este lipsită de elemente de măsurare, garnituri și părți mobile. Acest lucru înseamnă că sunt excluse încă de la început defecțiunile cauzate de depuneri, deteriorări, scurgeri sau blocaje, care pot apărea în sistemele mecanice, cum ar fi rotoarele sau turbinele, sau scăderile de presiune cauzate de proiectare, așa cum se întâmplă în cazul altor principii de măsurare. Țeava de măsurare realizată în întregime din oțel inoxidabil înlătură necesitatea de a efectua teste de compatibilitate a materialelor pentru electrozi sau garnituri și permite o curățare ușoară, completă și fără reziduuri. LED-ul, care poate simboliza intensitatea semnalului, servește ca indicator vizual suplimentar al unui proces stabil. O valoare descrescătoare poate indica prezența unor particule, bule de aer sau depozite pe peretele interior al țevii.
Imaginea 1: Țeava de măsurare a debitmetrului cu ultrasunete de la ifm este lipsită de elemente de măsurare sau părți mobile și, prin urmare, este ideală pentru utilizarea în aplicații cu apă ultrapură. Imaginea 2: Senzorul de nivel cu radar, fără contact, LW2120 este instalat în afara capacului rezervorului de apă pură.
Măsurare radar fără contact în rezervoare
Senzorul de nivel cu radar LW2120, compatibil IO-Link, este ideal pentru monitorizarea fără contact a nivelului în rezervoare. Acesta poate detecta niveluri de până la o înălțime de 10 metri, fără zone moarte și cu o rezoluție milimetrică. Frecvența de 80 GHz utilizată asigură rezultate de măsurare stabile și precise chiar și în spații restrânse. Cu ajutorul extensiei antenei, disponibilă ca accesoriu, senzorul poate fi utilizat și în afara rezervoarelor metalice închise, de exemplu, pe cuve deschise sau pe rezervoare din plastic.
Pentru anumite aplicații, folosim senzorul radar în locul măsurării hidrostatice a nivelului. De exemplu, clienții finali solicită acest lucru în sectorul ultrapurificării, unde fiecare conexiune cu șuruburi și fiecare punct de măsurare reprezintă o sursă potențială de contaminare. În astfel de utilizări, măsurarea nivelului cu ajutorul unui senzor radar este mai avantajoasă, întrucât senzorul este instalat în afara capacului rezervorului și nu intră în contact cu mediul, explică Maximilan Meurer.
Tehnologia standard de conectare M12 asigură o instalare fără erori în câteva minute, în timp ce IO-Link oferă confortul setării și citirii parametrilor de la distanță. Algoritmul inteligent din unitate face ca setarea parametrilor prin IO-Link să pară o joacă de copii: După ce setați o singură dată înălțimea de referință, senzorul furnizează imediat nivelul exact prin IO-Link.
Valoare adăugată cu IO-Link
Legat de IO-Link: Inspirat de această tehnologie, EnviroFALK a ales să se bazeze pe senzori care utilizează acest protocol de comunicare digitală.
Maximilian Meurer explică beneficiile: Cu ajutorul IO-Link, mă bucur de o transparență totală, pentru fiecare senzor în parte, prin intermediul HMI și al controlerului. Dacă apar situații anormale, datele de diagnosticare ale fiecărui senzor mă ajută să identific rapid și să elimin problema. Transmiterea datelor senzorilor în controler este, de asemenea, foarte simplă. Datorită interogărilor ciclice de date, valorile măsurate sunt furnizate direct ca valori numerice. Anterior, cu valorile măsurate analogice, acest lucru nu era posibil. IO-Link îmi permite, de asemenea, să interoghez și să digitalizez alte date, precum numerele de serie sau datele de calibrare. Pot chiar să specific unitatea de ieșire a valorilor măsurate, de exemplu, pentru senzorii de debit, litri pe minut sau metri cubi pe oră. În plus, IO-Link îmi permite să transmit mai multe valori măsurate ale unui senzor. Un exemplu ar fi senzorul de conductivitate, dar și senzorii de presiune pe care îi folosim la rezervoare și la pompă: Măsurăm presiunea pentru a determina nivelul din rezervor și, în același timp, citim valoarea de temperatură furnizată de senzor pentru a afla care este temperatura mediului din rezervor. Acest lucru ne scutește de efortul de a instala senzori de temperatură suplimentari și de a adăuga conexiunile cu șuruburi aferente în rezervor. De asemenea, debitmetrul de tip SU transmite mai multe valori măsurate prin intermediul unei singure linii de date: Pe lângă debitul și starea senzorului, debitul total și temperatura sunt de asemenea disponibile prin IO-Link. Și datorită funcției de stocare a datelor, atât noi, cât și clientul final, sesizăm imediat dacă este utilizat un senzor greșit sau dacă există erori de cablare. Cu această funcție și cu simpla conectare a cablurilor M12 pre-cablate atât pe magistrală, cât și pe unitate, nu mai aveți neapărat nevoie de un electrician calificat pentru a înlocui un simplu senzor.
IO-Link oferă suport pentru o setare cuprinzătoare a parametrilor. Funcțiile de ieșire, intervalele de măsurare, punctele de comutare și alți parametri pot fi selectate liber în cadrul valorilor caracteristice ale senzorului. Dacă înainte erau necesari mai mulți senzori diferiți, astăzi este nevoie de o singură unitate IO-Link.
Maximilian Meurer: Pentru noi, principalele avantaje ale IO-Link sunt varietatea redusă de senzori și costurile de stocare. Tehnicienii noștri de service nu mai au nevoie de atât de mulți senzori diferiți atunci când înlocuiesc dispozitivele. Acest lucru înseamnă o economie de timp și de bani.
Protocolul de comunicare IO-Link oferă acces până la fiecare senzor în parte. Acest lucru asigură o transparență maximă și facilitează identificarea defecțiunilor. / Magistralele IO-Link descentralizate economisesc spațiu în tabloul de comandă și oferă posibilitatea de a conecta senzori și actuatoare. Conectarea la controlerul instalației se face prin Profinet.
Senzorii de presiune PV compacți de la ifm sunt, de asemenea, potriviți pentru conducte mici datorită conexiunii de proces G1/4. În plus față de presiune, aceștia transmit și temperatura mediului prin IO-Link.
Concluzie
În sistemele de apă pură și ultrapură, senzorii ifm permit o monitorizare raționalizată, dar precisă a procesului. IO-Link reduce costurile de stocare și complexitatea de montare, ceea ce are ca rezultat economii semnificative de costuri, asigurând în același timp o transparență completă a tuturor proceselor, pe măsură ce companiile se îndreaptă spre era digitală.
Pe scurt: o soluție curată!
