Kağıt Sektörü Akış Uygulamalarında AC Teknoloji Debimetreler

👤Bora Ataç, İş Geliştirme Müdürü - Ölçüm Ürünleri Bölümü, ABB Elektrik
İletken sıvıların hacimsel ölçümü için en uygun cihazlar elektromanyetik debimetrelerdir. Elektromanyetik debimetreler Faraday Prensibi temel alınarak geliştirilmiş cihazlardır. İki elektromanyetik bobin arasından bir iletken belli bir hızla geçirildiği takdirde bir gerilim indüklenir. Gerilimin indüklenebilmesi için akışkanın veya manyetik bobinlerin içinden geçen maddenin iletken olması gereklidir. Bu gerilim oranı ile akış miktarı arasında bağıntı bulunmaktadır. Bu prensip doğrultusunda Faraday kanunu ve formülleri aşağıda gösterilmiştir: Aşağıdaki formülasyonda bazı değerlerin sabit olduğu görülmektedir; örneğin hat çapı, manyetik alan sabiti ve sensör sabiti gibi. Dolayısı ile akış bilgisinin algılanabilmesi için en önemli bileşen akış hızıdır. Akış hızı ile indüklenen gerilim arasındaki lineer ilişki elektromanyetik flowmetrelerdeki ölçüm sisteminin akışkanın hızından yola çıkılarak ölçüldüğünü göstermektedir. AC ve DC tetikleme frekansları arasındaki farklar nelerdir? Flowmetrelerin çalışma ve ölçüm sisteminde temel olarak iki çeşit tetikleme (excitation) frekansı mevcuttur: Manyetik mekanizmayı hareket geçiren DC tetikleme frekanslı ve AC tetikleme frekanslı flowmetreler. Mevcut flowmetrelerin çok büyük çoğunluğu DC tetikleme frekansı ile çalışmaktadırlar. AC tetikleme frekansı (excitation frequency), manyetik alan sistemini harekete geçirmek içindir. Yani akışın algılanabilmesi ve ölçümün yapılabilmesi için 70 Hz’lik tetikleme frekansı bu düzeneği hareketlendiriyor. DC’de, frekans ilk başladığında manyetik düzeneği bir periyodun 3/4’ünden sonra harekete geçirebiliyor, dolayısıyla geri kalan 1/4’ünde ancak ölçüm yapılabiliyor. Buna karşın AC’de, periyodun başından sonuna kadar ölçüm yapılabiliyor. Özellikle kağıt sektörü gibi sektörel uygulamalar çok hızlı değişken proseslere sahip olup burada kullanılan flowmetreler de bu hızlı değişime ayak uydurabilecek ve hızlı tepkime verebilecek enstrümanlar olmalıdır. İşte AC tetiklemeli flowmetreler (ABB FSM 4000 serisi), DC teknolojiye nazaran en az 10 kat daha hızlıdır. Yani piyasada mevcut olan akış ölçerlerden yaklaşık 10 kat daha hızlı tepki süresine (response time) sahip bir cihazdır, ki zaten piyasada mevcut olanların büyük çoğunluğu ABB’dir. Kullanıcıları, hedef sektörleri ve özellikle bu tip akışı barındıran proseslere sahip endüstrileri bir şekilde bilgilendirmek gerekir; darbeli akışlarda, çift fazlı akışlarda ve partiküllü akışlarda AC teknoloji en iyi çözümdür. Bu teknoloji ile ilgili grafik Şekil 1’de verilmektedir. EMF uygulamalarının %80’inde, 6 1/4 Hz DC tetikleme frekansı yeterlidir. Bu aynı zamanda ABB-4000 serisi flowmetreler için standart tetikleme frekansıdır. Akış rejiminin hızla değiştiği uygulamalarda daha iyi tepki zamanı gerekir. Bu durumda 12 1/2 veya 25 Hz DC tetikleme frekanslı elektromanyetik debimetreler kullanılmalıdır. Fakat bazı uygulamalarda harici gürültü sinyallerinin seviyesi bu frekans seviyesinin üstüne çıkabiliyor. Bu ve buna benzer şartların oluşması durumunda AC tetikleme frekansına (70Hz) sahip flowmetreler kullanılmalıdır. Konvertör flowmetreye gerekli olan tetikleme enerjisini tasarlanan frekansta sağlarken aynı zamanda flowmetreden gelen akış hızıyla orantılı sinyali işlemler. Dahili gürültü sinyalleri, izolasyon, korumalı kablo, topraklama ve kapasitans nötralizasyonu kullanılarak elimine edilir. Harici kaynakların yarattığı gürültü sinyalleri de ölçümü etkiler. Şekil 3’teki grafik, DC tetikleme frekansına sahip rakip firma ürünü ile ABB marka FSM4000 cihazı arasındaki ölçüm grafiğini göstermektedir. Grafikte görüldüğü gibi ölçüm siyalinin dışında çok sayıda gürültü oluşmuştur ve oluşan bu gürültülerin ne kadar sık ve yüksek düzeyde olduğu görülmektedir. ABB FSM4000 debimetresinde ölçüm grafiği gayet gürültüsüz ve düzgün bir şekildedir. AC sistemin avantajları 1. Tetikleme frekansı arttıkça ölçüm sıklığı artar. DC‘ye nazaran 10 kat fazla sıklıkla ölçüm yapar. 2. Ölçüm hızı artar. 3. Böylece, hızlı değişen akış profillerinde bilgi kaybı olmaksızın ölçüm yapılır. Kağıt sektörü ve bazı gıda sektörü uygulamaları hızlı değişken proseslerdir. 4. Gürültünün yoğun olduğu uygulamalarda daha doğru ve tekrarlanabilirliği daha yüksek ölçüm sonuçları alınır. 5. En büyük gürültü birçok elektrikli cihazın çalıştığı 50/60 Hz şebeke frekansında oluşuyor. Ayrıca gürültünün büyük kısmı düşük frekans aralıklarında meydana geliyor. AC sistem 70 Hz düzeyindeki frekansıyla oluşan gürültü seviyesinin üstündedir ve bu gürültülerden etkilenmez. 6. Düşük iletkenlik özelliğine sahip akışlarda bile transmitter – sensör arası mesafe 70m’ye kadar olabilir. 7. DC sistemde boru hat çapı büyürken tetikleme frekansı düşmektedir. AC sistemde ise her çap büyüklüğü için 70Hz tetikleme frekansı sabit kalır. AC teknoloji hangi durumlarda kullanılır • Hızlı tepki süresi gerektiren uygulamalar – Özellikle kısa harmanlama zamanları gerektiren dolum uygulamaları, • Yüksek oran ve büyüklükte katı madde içeren sıvılarda, • Fiziksel ve elektrokimyasal reaksiyonların düşük frekans aralıklarında sebep olduğu gürültünün etkin olduğu 2 fazlı sıvılarda – Örneğin kağıt hamuru, yüksek kum içerikli su, meyveli yoğurt, • Düşük iletkenliğe (0.5 ... 20 µS/cm) sahip sıvılarda, • İletkenliğin hızlı değişim gösterdiği sıvılarda, • Karışımın yeterli olmadığı, homojen olmayan sıvılarda, • Piston ve pompanın sebep olduğu darbeli akışlarda. AC tetiklemeli ABB flowmetreleri özellikle kağıt sektöründe 40 yıldır ve sürekli gelişerek kullanılmaktadır. ABB’nin bu sektördeki liderliği, bu alandaki deneyimin ve ulaştığı teknik üstünlüğün doğal bir sonucudur. ABB FSM4000 flowmetreleri Türkçe menü özelliğine sahiptir.