Vaganje posuda

Kada govorimo o vaganju posuda, mislimo na merenje mase ili nivoa u silosima, tankovima, mikserima, itd… Razloga za vaganje takođe može biti više: pravljenje određene recepture, određivanje nivoa tečnosti ili zrnastog materijala u posudi, doziranje materijala za prodaju….Merne ćelije se mogu koristiti za vaganje raznoraznih posuda. Međutim, prilikom instrumentiranja našeg rezervoara, potrebno je ispoštovati nekoliko osnovnih pravila, kako bi dobili sistem koji precizno vaga, bez naše intervencije.U ovom članku će se opisati načini instrumentiranja rezervoara, negativnih uticaja na naš sistem i tačnosti koje možemo očekivati.

Mehanički preduslovi

Česta je zabluda posmatrati merne ćelije kao komad metala (stopa) preko kojeg se oslanja posuda. Sila kojom je opterećena ćelija i koju ona treba da izmeri, zavisi od toga koliko će se ponovljivo ćelija deformisati odn. vraćati u prvobitno stanje pod opterećenjem odn. rasterećenjem. Zbog toga treba obratiti pažnju na sledeće:

• što su krući temelji gde se ćelije oslanjaju, to će biti veća tačnost merenja
• izbegavati tzv. „parazitska opterećenja“ između temelja i posude koliko god je to moguće
• obezbediti dovoljno rastojanje oko posude i između temelja i posude
• obratiti pažnju na koji način materijal ulazi i izlazi iz posude; izbegavati udarce
• cevi koje su povezane sa rezervoarom bi trebale da su što fleksibilnije
• uzeti u obzir uticaj vetra ukoliko je posuda na otvorenom
• obezbediti mere zaštite posude od prevrtanja, odizanja, odkačinjanja, padanja…
• uzeti u obzir promenu i uticaj temperatue na posudu i ćelije

Način oslanjanja rezervoara

U zavisnosti od tipa, merne ćelije se mogu opteretiti na istezaje, savijanje i pritisak za manja, srednja i veća opterećenja.

Tip ćelija i način oslanjanja koji ćemo izabrati, zavisi od mehaničke konstrukcije oko rezervoara i jednostavnosti implementacije sistema. Ukoliko imamo oko rezervoara čeličnu konstrukciju i rezervoar nije teži od 15 tona, najrađe ćemo ga okačiti preko mernih ćelija za istezanje, ali ukoliko je rezervoar na otvorenom ili je teži, oslonićemo ga na betonski fundament preko ćelija za pritisak. Broj ćelija koji ćemo pri tome koristiti je najčešće od tri do četiri, mada je idealan slučaj za viseći rezervoar, da koristimo samo jednu ćeliju. Ćelije koje rade na principu savijanja mogu da posluže u oba slučaja.

Broj mernih ćelija

Broj mernih ćelija preko kojih se oslanja posuda, obično zavisi od konstrukcije posude, naraočito ako instrumentiramo postojeći sistem. Idealno je osloniti rezervoar na tri ćelije. Ukoliko se rezervoar oslanja na četiri ili više ćelija i pri tome je izrazito krut (visoki rezervoari, zatvoreni od gore), može se desiti da konstrukcija oslanjanja bude statički neodređena i da u na primer najgorem slučaju samo dve ćelije od četiri primaju kompletno opterećenje, što može prouzrokovati preopterećenje. Ovakve situacije se izbegavaju istovremenim praćenjem signala sa svake ćelije i podmetanjem odgovarajućih limova ispod stopa rezervoara.

Ćelije je potrebno rasporediti tako da svaka prima približno isto opterećenje, pošto nije moguće jednu konstrukciju oslanjati na ćelije različitih nosivosti. Logika koja se pri tom primenjuje je da proizvod sile koja deluje na ćeliju i normalnog rastojanja od ose ćelije do težišta rezervoara bude isti za sve oslonce.

Vaganje posuda sa fiksnim zglobovima

U nekim slučajevima je moguće vagati samo polovinu posude, dok se druga polovina oslanja preko fiksnog zgloba. Fiksni zglob treba da je takav da skoro uopšte ne prima jednu komponentu opterećenja osled momenta, i to ong momenta koji deluje osled težišta rezervoara. Ovakav metod je moguće koristiti samo koda vaganja simetričnih posuda u kojima se vaga tečnost.

Čvrsti materijali će se nagomilati na neku stranu i pomeriće težište po horizontali. Tačnost koja se pri tome ostvaruje je manja nego kada se rezervoar kompletno oslanja preko ćelija, ali je zato rešenje ekonomično. Aktivnu ćeliju je potrebno postaviti na što veće rastojanje od težišta, radi veće osetljivosti sistema. Ovaj način vaganja se ne može koristiti za rezervoara koji su na otvorenom ili miksere, zbog uticaja vetra, odnosno vibracija.

Izbor merne ćelije i načina ugradnje

HBM nudi raznovrsne ćelije opsega nosivosti od 5 kilograma do 470 tona. Sve ćelije su napravljene od nerđajućeg čelika.

Izbor nosivosti ćelije zavisi od sledećih faktora:

• maksimalno opterećenje koje će se pojaviti odn. „živ teret“ – F_žt
• masa prazne posude i konstrukcije odn. „mrtav teret“ – F_mt
• broj ćelija preko kojih će se rezervoar oslanjati – n
• faktor sigurnosti usled neravnomernog oslanjanja na sve ćelije – F_s=1.3
• faktor sigurnosti usled dinamičkog opterećenja (zavisi od tipa ćelije) – F_d=1÷1.3
• za posude koje se nalaze na otvorenom, izračunati silu koja potiče od vetra – F_v (zavisi od oblika rezervoara – koeficijent opstrujavanja, kvadrata brzine vetra i projektovane površine rezervoara na koju nailazi vetar)

Minimalna nosivost pojedinačne merne ćelije se zatim određuje po obrascu:

Način na koji se opterećenje prenosi kroz mernu ćeliju direktno utiče na tačnost i ponovljivost mernog sistema. Zato je od izuzetne važnosti ugraditi mernu ćeliju po preporuci proizvođača.

Opterećenje se mora uvek prenositi vertikalno kroz ćeliju, tačno na način na koji je predviđeno da ćelija prima opterećenje. Oslonci merne ćelije su tako dizajnirani da izbegavaju sedeće efekte:

• bočne sile
• momente savijanja
• momente uvijanja
• ekscentrična opterećenja ćelije

Ovi nepoželjni efekti mogu biti prouzrokovani termičkim dilatacijama posude ili usled ugibanja posude pod opterećenjem. Za posude koje se nalaze na otvorenom je potrebno obezbediti zaštitu od prevrtanja usled sile vetra. Izuzetno je važno obezbediti da su površine na koje se montiraju ćelije ako ne u istoj ravni bar međusobno paralelne. Limovi za podmetanje služe za korekciju visinske razlike po ravnima.

Merne ćelije je poželjno zaštititi od direktnog uticaja sunca ili dejstva hemikalija sa zaštitnim limovima. Takođe treba izbegavati postavljanje ćelija u kanale i potapanje vodom.

Izbegavati zavarivanje na konstrukciji nakon postavljanja ćelija, a ukoliko je neizbežno, obezbediti da struja od štipaljke da elektrode ne protiče kroz ćeliju.

O svim ovi gore navedenim problemima treba voditi računa. Proizvođači mernih ćelija, često nude pored samih ćelija i module sa ćelijama, koji rešavaju većinu ovih problema.

Veza rezervoara sa okolinom i uticaji ulazno/izlaznih vodova

Što se tiče tačnosti i ponovljivosti vaganja, idealno bi bilo rezervoar samo oslanjati preko ćelija. Međutim, u većini industrijskih aplikacija postoji kontak rezervoara sa okolnim objektima. To su najčešće cevi, električni kablovi, pnematikski/hidraulični vodovi, kao i lenkeri za vođenje rezervoara i sprečavanje uticaja bučnih sila. Ubično se masa cevi i kablova može posmatrati kao deo „mrtvog tereta“. Ukoliko uticaj cevi i kablova nije konstantan u vremenu, može se javiti neponovljivost tj. histerezis. Na pr. cev sa promenljivom količinom materijala ili kruta cev, termička dilatacija rezervoara, efekat prenošenja sila sa okolnih konstrukcija i efekat trenja.

Ovi problemi se rešavaju izborom odgovarajuće dužine cevi u zavisnosti od prečnika, kako bi im se smanjila krutost za šta postoje odgovarajući proračuni ili se koriste različiti tipovi kompenzatora.

Još jedan problem se javlja kod sudova pod pritiskom. Promena pritiska kod ulaza cevi sa kompenzatorom rezultuje u promeni sile koja deluje na rezervoar. Zbog toga je potrebno cevi pod pritiskom uvoditi sa bočnih strana umesto sa gornje ili donje strane. Takođe je preporuka da se cevi uvek uvode simetrično sa trarane, kako bi se rezultujuća sila poništila.

Zaključak

Gravimetrijska merenja spadaju, kada je reč o merenju mehaničkih i procesnih veličina, u najpreciznija merenja uopšte. Koristeći standardne komercijalne sisteme, postižu se danas tačnosti od 6000…10000 podeoka, što približno odgovara tačnosti od 0.02%. Međutim potrebno je uvek imati na umu činjenicu da sama mehanika koja je u svakom slučaju neizbežna, u znatnoj merni utiče na postignutu tačnost. Iz tih razloga neophodno je poznavati ne samo tehničke podatke mernih sistema namenjenih za tu namenu već i u velikoj meri princip rada primenjene tehnologije i principe koje treba poštovati kako bi se izbegli neočekivani probelemi koji skoro po pravilu uvek prate rešenja i realizaciju.

Ovo je samo deo priče o vaganju. Za sve one koji žele da saznaju više toplo preporučujemo:

“Primena i ugradnja davača mase“, autor: Gert Gomola, izdavač HBM – Hottinger Baldwin Messtechnik – Darmstadt. Ta knjiga predstavlja sveobuhvatni pregled vagarske tehnologije i može da posluži kao priručnik za planiranje korišćenja sistema za vaganje.

---

Više informacija: TRC PRO d.o.o., Preradovićeva 31, 21131 Petrovaradin, Srbija, T: +381 21 6433774, http://www.trcpro.rs