W czasach, gdy woda jest narażona coraz częściej na liczne zanieczyszczenia, kluczowe w jej produkcji jest ustawienie odpowiednich parametrów procesu filtrowania. Niezawodne działanie zakładów wodociągowych musi być wspierane przez nowoczesne technologie. Innowacyjne i bezobsługowe czujniki gwarantują stabilność funkcjonowania przedsiębiorstw i pozwalają na bezpieczne oraz długoterminowe zaplanowanie pracy zakładu. To przekłada się na oszczędności i większe zyski.
Oczyszczanie wody staje się coraz ważniejszym czynnikiem produkcyjnym. Nic dziwnego, że również w tej dziedzinie na coraz szerszą skalę stosowane są rozwiązania smart manufacturing z zakresu Przemysłu 4.0. Tylko nowoczesne czujniki przeznaczone do diagnostyki cieczy zapewniają sprawne i energooszczędne procesy. Możliwości monitorowania poszczególnych etapów filtracji wody od dawna docenili właściciele i menedżerowie w całej Europie, gdzie na dużą skalę w zakładach wodociągowych stosowane są nowoczesne czujniki oraz elementy, które można łączyć w kompleksowe systemy.
Tego typu sensory dostarczane przez rynkowego potentata – koncern ifm electronic – na swoich obszarach wykorzystuje między innymi spółka Romfil GmbH, działająca w miejscowości Wolfsheim na terenach zachodnich Niemiec, niedaleko Frankfurtu nad Menem. Zastosowane tu rozwiązania można w łatwy sposób zaadaptować również w polskich warunkach. Branżowi eksperci wskazują, że sensoryczne zastosowania mogą być inspiracją dla technologicznego rozwoju krajowych przedsiębiorstw wodociągowo-kanalizacyjnych zlokalizowanych nad Wisłą i Odrą.
Filtracja krzyżowa
Nowoczesne czujniki pomagają monitorować różne procesy instalacji i obsługi w optymalnym zakresie. Jest to jedyny sposób na osiągnięcie maksymalnej wydajności filtra przy minimalnym nakładzie energii. Niemiecka firma do produkcji czystej wody korzysta między innymi z sensorów dedykowanych do systemów filtracji krzyżowej, które mogą wytwarzać do 300 metrów sześciennych wody na godzinę. Proces jest oparty na produkcji wody pitnej ze wstępnie uzdatnionej, ale nadal posiadającej zanieczyszczenia wody.
– Czujnik przepływu monitoruje przepływy w poszczególnych pompach. Zasada filtracji krzyżowej jest szczególnie skuteczna, gdy ścieki są wtłaczane do obiegu przez cienkie, porowate rurki kapilarne, które łączą się w setki modułów o wysokości około 1,5 metra i powierzchni filtracyjnej 75 metrów kwadratowych. Przez taką membranę może przeniknąć tylko czysta woda. Ta zanieczyszczona przechodzi stopniowy proces infiltracji aż do pełnego oczyszczenia – zaznaczają inżynierowie z Romfil GmbH.
Niemieccy specjaliści dodają, że w zależności od wymaganej w danej chwili przepustowości, kilka modułów filtracyjnych może działać równolegle. System z Wolfsheim jest wyposażony w dwie linie po 9 modułów każda, co odpowiada powierzchni filtra wynoszącej 1350 metrów kwadratowych. Całość umożliwia oczyszczenie nawet 300 tysięcy litrów ścieków na godzinę.
Ciśnieniowy dopływ
Do przepuszczania ścieków potrzebne są jednak precyzyjne wartości ciśnienia krążącego w filtrach tak, aby kapilary mogły osiągać optymalny stopień wydajności. W tym przypadku niemieccy inżynierowie zainstalowali w linii dopływowej czujnik ciśnienia ifm typu PF2654 do elementów filtrujących. Sensor charakteryzuje się bardzo wysoką precyzją pomiarową – do 0,6 procent. Po zamontowaniu jest on przystosowany do zakresu od -0,5 do 10 barów. Zaś w połączeniu z uszczelnieniami oraz zabezpieczeniem przed przeciążeniem i dryftem ogniwo pomiarowe zapewnia bezobsługową oraz długotrwałą eksploatację.
Czujnik ciśnienia posiada dwa wyjścia przełączające, z których jedno można również skonfigurować jako wyjście analogowe. Specjalna dioda LED i wyświetlacz pomagają w skrupulatnym ustawianiu parametrów, a także służą do wyświetlania mierzonych wartości. Oprócz ciśnienia monitorowana jest temperatura linii dopływowej w całym systemie, ponieważ w procesach monitoringu skuteczny jest także uniwersalny przetwornik temperatury z analogowym wyjściem prądowym.
– Samodzielna kalibracja elementów systemowych przekłada się bezpośrednio na wysokiej klasy dokładność. Sprawdzona technologia zapewnia też doskonały czas reakcji i szybkie uzyskanie odpowiedzi na zadane parametry. Całkowicie szczelna i spawana obudowa czujnika ze stali nierdzewnej zapewnia również wysoką stabilność mechaniczną oraz wysoki stopień ochrony. Konstrukcja jednocześnie ogranicza gromadzenie się brudu i można ją czyścić z różnych pozycji – mówi Piotr Szopiński, Kierownik Działu Technicznego w firmie ifm electronic, specjalizującej się w dostarczaniu innowacyjnych technologii dla zakładów produkcyjnych z wielu gałęzi gospodarki, której polska siedziba mieści się w Katowicach.
Cyfrowy poziom
Kolejnym z wykorzystywanych przez niemieckich inżynierów rozwiązań dostarczanych przez ifm jest punktowy czujnik poziomu LMT100, montowany w podstawie pierwszego modułu filtrującego. Ten sensor monitoruje, czy filtry faktycznie napełniły się wodą przeznaczoną do procesu filtracji.
– Cechą szczególną serii jest odporność. Niezwykle gładka powierzchnia urządzenia ze specjalną końcówką czujnika pozostaje niewrażliwa na przyleganie brudu czy pozostałości mediów czyszczących. Monitorowanie poziomu z graficzną informacją w module filtrującym działa nawet w przypadku osadów lub piany. Poziom zbiorników jest oznaczany niezwykle precyzyjnie, także w razie pojawienia się piany lub lepkich detergentów. Jest wykrywany niezależnie od orientacji poziomej czy pionowej. Łatwa jest również konfiguracja, ponieważ ze względu na fabryczne ustawienia czujnika regulacja mediów nie jest konieczna – wymienia Piotr Szopiński.
Kompaktowe zakończenie czujnika umożliwia jego montaż nawet w małych rurach, a wysokiej jakości materiały obudowy, jak stal nierdzewna, spełniają wszystkie wymagania dotyczące obszarów higienicznych i stopni ochrony. Co, jeśli przed lub po operacjach czyszczenia pojemników należy opróżnić całą instalację? Profesjonaliści potwierdzają, że przetwornik ciśnienia, za pomocą sprężonego powietrza, monitoruje także proces opróżniania.
Czujnik typu PP7554 wyróżnia się wysoką dokładnością całkowitą, kompaktową obudową ze stali nierdzewnej i dokładnością punktu przełączania do 0,5 procent. Zasada pomiaru ciśnienia za pomocą ceramicznej pojemnościowej celi pomiarowej oznacza niezawodną i długotrwałą stabilność mierzonych wartości. Tu użytkownik również może wybrać dwa wyjścia przełączające lub jedno wyjście przełączające i jedno diagnostyczne. Ten czujnik posiada funkcję IO-Link, która daje cyfrową transmisję danych procesowych oraz parametryzację i diagnostykę za pomocą sterownika lub komputera.
Czysty przepływ
Pracownicy zakładów wodociągowo-kanalizacyjnych powinni też pamiętać, że membrana filtracyjna musi być regularnie czyszczona w celu zapewnienia jej długiego okresu funkcjonowania. Odbywa się to zwykle przy użyciu różnych detergentów, które są dokładnie dozowane. Podczas automatycznego procesu czyszczenia wsparcia operatorowi może udzielić czujnik, który służy do monitorowania przepływu. Sensor typu SI5000 działa na zasadzie kalorymetrycznej i dlatego nie posiada mechanicznie ruchomych części.
– Ta konstrukcja gwarantuje niezawodny monitoring nawet w skomplikowanych przypadkach, gdzie przez długi czas zachodzi konieczność użycia mocnych mediów czyszczących. Korzystanie z mikroprocesorowej technologii jednostki jest łatwe w obsłudze. Przepływ i przełącznik są po prostu ustawiane punktowo za pomocą przycisków. Różne adaptery dostępne jako akcesoria zapewniają szybkie i niezawodne połączenie procesowe. Wielokolorowa dioda LED z bargrafem wyświetla na przykład zmierzone wartości i punkty przełączania – podkreślają inżynierowie z Romfil GmbH.
Podczas monitorowania całego układu wszystkie zawory instalacji są sterowane pneumatycznie. Ciśnienie niezbędne do sterowania zaworem jest diagnozowane za pomocą czujnika ciśnienia typu PQ3834, który jest zainstalowany w szafie sterowniczej. Krzemowa cela piezorezystancyjna mierzy od -1 do 10 barów. Jest niewrażliwa na ciecze, na przykład skroploną wodę i osady, które mogą występować w systemie. Ponadto sensor z kolorowym wyświetlaczem gwarantuje bardzo wysoką precyzję. W dopuszczalnym zakresie zmierzona wartość wyświetlana jest na zielono i zmienia kolor na czerwony, gdy zaprogramowany punkt został przekroczony lub nie może być osiągnięty. Dwa programowalne wyjścia przełączające lub jedno wyjście przełączające i jedno diagnostyczne dają elastyczne opcje adaptacji i optymalizację przeglądów.