ΤΟΥ ΓΙΑΝΝΗ ΚΟΥΡΕΜΠΑΝΑ*
Η πίεση ενός υγρού ή αερίου είναι το φυσικό μέγεθος , η μέτρηση του οποίου, συναντάται συχνότερα σε όλους τους κλάδους της βιομηχανίας και αποτελεί, μία από τις σημαντικότερες λειτουργικές παραμέτρους μίας παραγωγικής διεργασίας. Η σπουδαιότητα της μέτρησης πίεσης στην ανάπτυξη μιας πλειάδας προϊόντων και μεθόδων καθώς και της απαραίτητης τεχνογνωσίας για την εφαρμογή τους σε σχεδόν κάθε βιομηχανική εφαρμογή.
Αρχή λειτουργίας
Η πίεση ενός ρευστού (υγρού ή αερίου) ορίζεται ως η δύναμη που ασκείται από το ρευστό ανά μονάδα επιφανείας, και μετράται με την βοήθεια κάποιου αισθητήριου ή οργάνου μέτρησης. Στις σύγχρονες βιομηχανίες η συνήθης μέθοδος είναι μέσω της χρήσης ενός ??έξυπνου?? ηλεκτρονικού μεταδότη πίεσης(smart pressure transmitter).
H δομή ενός μεταδότη αποτελείται από ένα εύκαμπτο διάφραγμα, πάνω στο οποίο ασκείται η πίεση από το μετρούμενο υγρό, από το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο στο οποίο μεταδίδεται άμεσα ή έμμεσα η πίεση που ασκείται στο διάφραγμα και το οποίο μετατρέπει την πίεση σε ηλεκτρικό μέγεθος και από την ηλεκτρονική μονάδα η οποία επεξεργάζεται, μορφοποιεί και τελικά διαθέτει στο κεντρικό σύστημα έλεγχου την μέτρηση της πίεσης στην τελική της μορφή πχ. Αναλογική έξοδος 4-20 mΑ ή Παράμετρος Δικτύου Profibus.
Κατηγορίες
Η τεράστια διαφοροποίηση των βιομηχανικών εφαρμογών οδήγησε στην ανάπτυξη πολλών και διαφορετικών τύπων μεταδοτών πίεσης που καλύπτουν τις εξειδικευμένες ανάγκες του κάθε βιομηχανικού τομέα .Η βασική κατηγοριοποίηση τους είναι σε μεταδότες : α. Σχετικής πίεσης (Gauge Pressure) όπου ως σημείο μηδέν της κλίμακας μέτρησης ορίζεται η ατμοσφαιρική πίεση, β. Απόλυτης πίεσης (Absolute Pressure) όπου ως σημείο μηδέν ορίζεται το απόλυτο κενό και γ. Διαφορικής Πίεσης (Differential Pressure ή DP) που ορίζεται ως η διαφορά μεταξύ δύο τιμών πίεσης από διαφορετικά σημεία μέτρησης.
Οι παραπάνω τύποι μεταδοτών κατατάσσονται περαιτέρω σε υποομάδες ανάλογα με τις εφαρμογές όπου χρησιμοποιούνται όπως βλέπουμε παρακάτω.
Ελαφριά & μέση βιομηχανία
Για ένα μεγάλο αριθμό εφαρμογών, χωρίς ιδιαίτερες κατασκευαστικές ή λειτουργικές παραμέτρους, χρησιμοποιούνται μεταδότες με βασικές δυνατότητες και σχετικά χαμηλό κόστος αλλά, με μια τεράστια κατασκευαστική ευελιξία ικανοί να καλύψουν κάθε απαίτηση. Οι μεταδότες της κατηγορίας αυτής έχουν γενικά απλή αλλά στιβαρή κατασκευή, διαθέτουν μεγάλη ποικιλία συνδέσεων και περιοχών μέτρησης και συνήθως είναι εργοστασιακά προρυθμισμένοι.
Ορισμένοι τύποι διαθέτουν ψηφιακή ένδειξη και βασικές δυνατότητες προγραμματισμού. Τυπικές εφαρμογές όπου χρησιμοποιούνται οι μεταδότες αυτοί είναι : Η μέτρηση της πίεσης του αέρα σε ένα πνευματικό δίκτυο ή του λαδιού σε μία υδραυλική εγκατάσταση, η ρύθμιση του inverter μίας αντλίας βάση της πίεσης του δικτύου ύδρευσης και η επιτήρηση της καλής λειτουργίας ενός φίλτρου βάση την διαφορικής πίεσης μεταξύ της εισόδου και της εξόδου του.
Τρόφιμα – Φαρμακοβιομηχανία
Οι μεταδότες που προορίζονται για εφαρμογές στην βιομηχανία τροφίμων-φαρμάκων διαθέτουν εξειδικευμένα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και ανταποκρίνονται στα αυστηρά πρότυπα που ισχύουν για τις εφαρμογές αυτές. Το υλικό κατασκευής, είτε των συνδέσεων τους είτε και ολόκληρου του μεταδότη, είναι από υλικά απρόσβλητα στην οξείδωση και στην χημική διάβρωση και ανθεκτικά στις διαδικασίες καθαρισμού και αποστείρωσης που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις εγκαταστάσεις (πχ. Ανοξείδωτος Χάλυβας 316 ή Κράμα Hastelloy-C.).Οι επιφάνειες των μεταδοτών διαθέτουν υψηλό βαθμό στιλπνότητας ενώ οι σύνδεσμοι τους μπορούν να αποσυναρμολογηθούν εύκολα για να καθαρισθούν.
Χαρακτηριστικές εφαρμογές των μεταδοτών αυτών είναι η μέτρηση της πίεσης μεταφοράς μίας γραμμής παστερίωσης γάλακτος ή της πίεσης λειτουργίας σε μία διάταξη συμπύκνωσης τυρόγαλου, η μέτρηση στάθμης μέσω της υδροστατικής πίεσης σε δεξαμενές παγωτού ή υγρών απορρυπαντικών και η μέτρηση της πίεσης σε δίκτυα ιατρικών αερίων ή σε δίκτυο διοξειδίου του άνθρακα σε εγκαταστάσεις παραγωγής αναψυκτικών.
Παραγωγή ενέργειας – Χημική βιομηχανία – Πετρελαιοβιομηχανία
Το σκληρό και απαιτητικό περιβάλλον των σταθμών παραγωγής ενέργειας και των πετροχημικών βιομηχανιών, όπου η πίεση είναι η πρωταρχική λειτουργική παράμετρος, απαιτεί και τους αντίστοιχους μεταδότες πίεσης με αυστηρές κατασκευαστικές απαιτήσεις και προχωρημένες δυνατότητες. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά της κλάσης αυτής είναι η στιβαρή και ανθεκτική στην διάβρωση κατασκευή, η πιστοποίηση τους βάση μιας σειράς διεθνών προτύπων (ΑΤΕΧ , SIL), η μεγάλη ευελιξία και η προηγμένες λειτουργίες ρύθμισης και προγραμματισμού και ο μεγάλος αριθμός κατασκευαστικών δυνατοτήτων.
Τυπικές εφαρμογές αποτελούν η μέτρηση της πίεσης, της στάθμης και της ροής σε κάθε σχεδόν σημείο μονάδας παραγωγής πετροχημικών, η μέτρηση της πίεσης και της ροής ατμού σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας καθώς και η πίεση σε δεξαμενές αερίων καυσίμων.
Μέτρηση στάθμης μέσω υδροστατικής πίεσης
Μία από τις πλέον διαδεδομένες εφαρμογές των μεταδοτών πίεσης είναι η έμμεση μέτρηση της στάθμης ενός υγρού βάση της υδροστατικής πίεσης. Η μέτρηση αυτή βασίζεται στην αρχή ότι ένα ρευστό ασκεί πίεση , ανάλογη του ύψους της στάθμης του, σε μία επιφάνεια που είναι σε επαφή με αυτό.
Οι μεταδότες πίεσης που είναι κατάλληλοι για την μέτρηση στάθμης είτε εμβαπτίζονται εντός του μετρούμενου υγρού είτε συνδέονται στα πλαϊνά τοιχώματα μιας δεξαμενής, κοντά στον πυθμένα της. Τυπικές εφαρμογές αυτού του είδους μεταδοτών αποτελούν η μέτρηση της στάθμης μίας γεώτρησης ή μίας λίμνης μέσω ενός εμβαπτιζόμενου αισθητήρα και η μέτρηση της στάθμης δεξαμενής υπέρθερμου νερού σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας.
Μέτρηση ροής μέσω διαφορικής πίεσης
Mια επίσης έμμεση εφαρμογή των μεταδοτών πίεσης είναι και μέτρηση της ροής ενός ρευστού (Υγρού, αέριου ή ατμού) βάση της διαφορικής πίεσης. Στην περίπτωση αυτή τοποθετείται στην ροή του ρευστού μια διάταξη στένωσης η οποία προκαλεί μια πτώση πίεσης μεταξύ της εισόδου και την εξόδου της διάταξης. Βάση της διαφορικής αυτής πίεσης υπολογίζεται και η ροή του ρευστού.
Ο υπολογισμός είναι δυνατόν να πραγματοποιηθεί από τον ίδιο τον μεταδότη πίεσης ή η τιμή της πίεσης μεταφέρεται σε μία υπερκείμενη μονάδα υπολογισμού όπου αξιολογείται σε συνδυασμό με την θερμοκρασία και την σχετική πίεση του ρευστού, για να υπολογισθεί η ροή του. Οι μεταδότες της αυτής κατηγορίας βρίσκουν εφαρμογή στην μέτρηση της ροής αέρα σε μεγάλους αγωγούς, στην μέτρηση της ροής μάζας ατμού ή στην μέτρηση της ροής κρυογονικών ρευστών όπως υγρό άζωτο ή οξυγόνο.
Ασύρματοι μεταδότες πίεσης
Η νεώτερη τεχνολογική εξέλιξη στον τομέα των μεταδοτών πίεσης είναι η ανάπτυξη και η εφαρμογή σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις μεταδοτών πίεσης που μεταδίδουν την τιμή του μετρούμενου μεγέθους μέσω ασύρματου βιομηχανικού δικτύου wireless Hart. H τροφοδοσία τους εξασφαλίζεται μέσω μπαταρίας με μεγάλη αυτονομία, μειώνοντας με τον τρόπο αυτό το κόστος καλωδίωσης ενώ διατηρείται η μεγάλη ευελιξία εγκατάστασης που τους χαρακτηρίζει.
*Ο κ, Κουρεμπανάς είναι Ηλεκτρολόγος Μηχανικός Τ.Ε και εργάζεται στον Τομέα Βιομηχανίας / Τμήμα Οργάνων Μέτρησης & Αναλυτών της Siemens ΑΕ
