Tecnología de medición compatible con los requisitos del "cemento"

Soluciones electromecánicas para una medición rápida y sencilla, detectores de paletas giratorias para temperaturas extremas y sondas de RF capacitivas para aplicaciones más especializadas.

Los operarios de las plantas están muy ocupados con los numerosos retos que plantean las materias primas en el sector de la construcción, los cambios en las condiciones de funcionamiento de los silos o las tuberías, o la necesidad de certificados Ex. Estos requisitos exigen soluciones metrológicas que sean versátiles y, al mismo tiempo, una inversión rentable, capaz de satisfacer una amplia gama de demandas. Debido al rápido desarrollo de la industria de la construcción y las canteras en los países de Oriente Medio y Norte de África en los últimos años, ha aumentado la demanda de más soluciones para las aplicaciones en las plantas de cemento de esos países. Es necesario encontrar soluciones con una tecnología de sensores adecuada para la medición del contenido y el nivel, con el fin de apoyar el flujo del proceso de producción de cemento con la mayor fiabilidad posible. En una de las mayores fábricas de cemento de Arabia Saudí, UWT se enfrentó a unas condiciones de trabajo especialmente duras. Para sus silos de cemento, el operador de la planta buscaba una tecnología fiable de medición del contenido, así como un sistema de sensores flexible para la detección del nivel. La combinación de una generación de polvo muy elevada y una temperatura de proceso extremadamente alta supuso un reto para la elección correcta de los dispositivos de medición.


Así, la selección de la tecnología de medición incluyó inicialmente un sistema electromecánico para los silos de almacenamiento, que también se adapta perfectamente cuando se conecta a un sistema de visualización. Además, se instalaron interruptores de paletas giratorias y sondas de varilla capacitivas para la detección de nivel en varias etapas del proceso. En cada caso, se requería la versión de alta temperatura.


Soluciones electromecánicas como dispositivo de medición rápido y sencillo

El calibrador electromecánico es una herramienta inestimable en el ámbito de la gestión de existencias gracias a su electrónica avanzada pero sencilla. El peso sensor, hecho de un material adecuado y unido a una cinta o a una cable, se baja electromecánicamente en el contenedor desde arriba. En cuanto el peso sensor se apoya en el material, el sentido de bobinado del motor cambia y el peso sensor se rebobina hasta la posición final superior. Desempeña un papel importante como indicador de la demanda durante la fase de llenado. Tiene que cumplir varios requisitos, como grandes distancias de medición en silos altos, respuesta rápida en caso de protección contra el sobrellenado o medición de material en silos inclinados. Además, durante el llenado prevalecen los entornos extremadamente polvorientos y sucios.
Por ello, el fiable sistema electromecánico de UWT NivoBob®con su robusto diseño mecánico, es la primera opción del operador de la planta en Arabia Saudí para estas exigentes condiciones. Para la medición continua del nivel dentro de los silos de almacenamiento de cemento, la elección recayó en la versión cinta del NivoBob® NB 3200 , especialmente por el limpiador de cinta integrado, que evita de forma fiable la contaminación de la cámara mecánica. El fabricante de cemento automatizó la medición de nivel en 50 de sus celdas de silo que contienen cemento crudo con el sistema de medición de lotes. Para él, era importante que el dispositivo fuera fácil de configurar y pudiera hacer frente a un entorno excepcionalmente polvoriento. Una brida de destino permitió instalar la unidad directamente en el techo del silo, desde donde puede cubrir alcances de hasta 50 m. Para los materiales polvorientos del polvo de cemento con un ángulo de reposo pronunciado, se recomendó el uso de un pasador opcional para asegurar el peso de detección y evitar que se deslice o se caiga. Como medida de seguridad adicional, se estableció un parámetro de recorrido máximo del peso de detección para evitar que se atascara en el fondo del contenedor al vaciar el silo.

 

Las ventajas más convincentes de la serie de sensores electromecánicos fueron las siguientes:

  1. No le afectan los productos rígidos ni los entornos pegajosos, sucios, polvorientos o con vapor
  2. No se ve afectado por la condensación, el apelmazamiento o los cambios de humedad
  3. No se ve afectado por las propiedades de los materiales, tamaños, formas, dielectricidad y conductividad
  4. Mecanismo eficaz de autolimpieza (limpiador de cinta)
  5. Fácil de instalar y poner en marcha, menos de 5 minutos en la puesta en marcha - se puede configurar antes de la instalación
  6. Muy adecuado para silos grandes y especialmente anchos
  7. El diseño modular permite incorporar fácilmente los requisitos individuales del cliente al diseño del producto

    Una de las preguntas más frecuentes sobre esta tecnología era cómo evitar que los cables del sistema electromecánico se enredaran, por ejemplo, al enrollarse y desenrollarse constantemente o por el material que se levanta y causa interferencias. UWT ha abordado este problema y ha introducido un diseño que utiliza sólo una o dos bobinas. También está equipado con un sistema de limpieza por cepillado o una cinta con resorte que tiene un mecanismo de extracción que elimina el material del cable o de la cinta cuando se tira de él hacia la carcasa. El sistema electromecánico tiene una construcción robusta, como los cables de alta resistencia que evitan que los pesos sensores se suelten y causen posibles daños.


Más transparencia gracias a la visualización de nivel de llenado

El fabricante de cemento también quería una solución económica y práctica en forma de indicador central de nivel de llenado a distancia. El objetivo era ahorrar costes logísticos innecesarios debidos a las entregas múltiples y hacer más transparente y eficiente la gestión del almacén mediante el control de nivel continuo de llenado, la mejora de las rutas de los camiones y la planificación detallada.

Para ello se conectó un sistema de visualización de niveles:

Los sistemas electromecánicos se comunican directamente con los controles PLC a través de una señal analógica de 4...20ma o también de un protocolo digital MODBUS RTU o Profibus. De este modo, los sistemas de control eran directamente compatibles con todos los sistemas de control habituales. Debido a la gran selección de diferentes sistemas de control de nivel dentro de la serie NivoTec® de UWT NT 4500 se pudo encontrar una variante económica adecuada para la planta de cemento. Las señales de nivel de los NivoBob® instalados en cada silo fueron agrupadas por el software de visualización en combinación con un WebController de Wago. La información recibida se reenvía a Internet a través de una conexión Ethernet utilizando una dirección IP enrutada. La planta podría recuperar esta información de forma segura (protegida por contraseña) a través de cualquier navegador de Internet en cualquier momento del día utilizando una dirección IP predefinida. Es posible integrar cualquier número de silos adicionales en el sistema de visualización, sin necesidad de hardware ni costes adicionales.


Opcional: Si se quiere reducir al máximo la instalación en los silos de la planta, se puede utilizar un módem GSM para acceder a los datos a distancia. En este caso, no se requiere una conexión Ethernet para la transmisión de datos, sino sólo una tarjeta SIM en el WAGO, a través de la cual funciona el módem. Este módem recoge todas las señales de nivel y las envía en un protocolo encriptado por teléfono móvil a través de Internet al controlador correspondiente.

 

Las ventajas del sistema global para el fabricante de cemento fueron la reducción de costes, además de la simplificación de la planificación de materiales:

~ La instalación del sistema era sencilla y podía ser realizada por los propios técnicos de servicio de la fábrica.
~ Los armarios de control sólo tuvieron que configurarse una vez; después, no fue necesario ningún otro apoyo informático.
~ Todos los niveles de los silos pueden visualizarse ahora simultáneamente, lo que permite una mayor fiabilidad en la planificación.
~ El flujo de materiales sigue finalmente un proceso uniforme con una fiabilidad de planificación significativamente mayor.
~ El sistema puede ser desmontado en un lugar y reinstalado en otro sin nuevos costes.


Soluciones de medición para temperaturas muy altas, hasta 1100°C

En la producción de cemento, hay una variedad de procesos especiales en los que el uso de la tecnología de medición adecuada marca la diferencia para apoyar un flujo de proceso sin problemas. En el proceso volumétrico o de dosificación, por ejemplo, el sensor instalado debe ser un final de carrera flexible y ajustable con una alta sensibilidad del sensor para una dosificación volumétrica precisa; mientras que en el interior de una trituradora, el dispositivo debe soportar un entorno con una alta tensión mecánica.
Para el proceso de mezcla en la planta de cemento, también había una mezcla de requisitos especiales para el sensor. Por un lado, se produjo una variedad de materiales a granel diferentes, que eran pulverulentos, agresivos y húmedos. Por otro lado, el material a granel estaba en constante movimiento dentro del recipiente de mezcla gracias a un agitador. Las características de la aplicación eran las temperaturas especialmente altas, el polvo, la condensación y el fuerte apelmazamiento asociado. Por lo tanto, el sistema de medición debía tener una gran resistencia a los sólidos agresivos, así como un tiempo de reacción rápido gracias a una electrónica ajustada con precisión. Durante los procesos de llenado, se produjeron vibraciones dentro del sistema de proceso y el entorno se cargó estáticamente en ocasiones.


Para la medición del nivel puntual, la dirección del proyecto de UWT sugirió al fabricante de cemento su probado interruptor de paleta giratoria Rotonivo® de la serie RN 3000 . Este detector de nivel era adecuado para las exigentes aplicaciones del cemento como interruptor de nivel lleno y vacío. El interruptor de nivel de paleta permitió una medición de nivel muy precisa, ya que el sensor no se ve afectado por el polvo, la humedad o las acumulaciones. Los modelos de alta temperatura podían soportar temperaturas de proceso de hasta +1100°C (2012°F) y estaban equipados con una junta apropiada (Viton, Teflón o cerámica), dependiendo de las condiciones dadas. Además, se preparó un sistema integrado de control de la rotación, que detecta un mal funcionamiento de la unidad y activa inmediatamente una alarma. La electrónica PNP del interruptor de paletas utiliza una electrónica de 3 hilos con salida sin contacto, colector abierto y PNP. Esta electrónica se puede conectar a cualquier PLC estándar con alimentación de 24V DC y tarjeta de entrada PNP. Además de un cojinete liso de acero inoxidable con un contacto de forma cónica, se ha diseñado un eje de acero inoxidable reforzado con un diámetro ampliado. El eje más corto en el extremo de la tapa de protección de acero inoxidable redujo el par en este punto. Los pernos de montaje y la paleta de acero 1.4404 se reforzaron y el resorte más fuerte aumentó el par de conmutación del interruptor de nivel.

En varios tanques de mezcla se produjo una intensa saturación de vapor y la adición de componentes líquidos. Debido a la fuerte acumulación existente, se requería un sistema de sensores con una tecnología especial de protección contra el apelmazamiento. Se instaló un dispositivo capacitivo de la serie RFnivo®, que está diseñado como una sonda de una sola varilla e incluye la tecnología "Active Shield", mediante la cual se puede detectar la masa acumulada tout court. En el caso del fabricante de cemento árabe, la sonda estaba equipada con aislantes cerámicos para temperaturas de proceso de hasta +500°C (932°F). Debido a su diseño, el dispositivo no requiere ningún componente limitador de temperatura para la detección de material a granel en el proceso de aplicación.


Solución de medición adecuada para contenedores intermedios

A lo largo del proceso de producción de cemento, se dan una serie de procesos intermedios, como los procesos de almacenamiento adicionales, los procesos de transporte posteriores y los procesos de desarrollo intermedios. En los recipientes intermedios, el material está listo para su posterior procesamiento. Se utilizan diferentes tipos de pre-bunker, celdas de templado o tolvas de sobrealimentación, en las que se almacenan los ingredientes para su adición y mezcla. Allí, el sensor de medición tuvo que trabajar con diferentes tipos de materiales a granel en un entorno polvoriento. Era indispensable un tiempo de reacción corto para la protección contra el sobrellenado y una detección rápida de la caída por debajo del control de nivel para los pequeños contenedores de transferencia. Para la detección de nivel en los contenedores más pequeños, el sistema podría estar equipado con el interruptor de nivel  RFnivo® 3000 una vez más. El dispositivo ofrece diferentes longitudes de extracción en su serie para los distintos tamaños de contenedores y funciona mediante una señal de salida con control de tiempo para una conmutación precisa y puntual.
En la producción, el material a granel que fluye libremente se transporta de un proceso de producción a otro de forma mecánica mediante transportadores de cadena, elevadores, tornillos o transportadores neumáticos. Un flujo de materiales controlado es esencial para garantizar un proceso de producción eficaz. La detección y el control de los sólidos en movimiento en estos diferentes sistemas de transporte de materiales a granel era una demanda. Los fallos en los sistemas de transporte de materias primas y otros materiales a granel debían detectarse en una fase temprana mediante el uso de principios de medición adecuados.Además, había poco espacio disponible dentro de los procesos para el sensor de medición. El RFnivo® RF 3200 elegido, en su versión para trabajos pesados, estaba diseñado para soportar presiones elevadas de los envases de hasta 25 bares (363 psi) y ofrecía también una alta carga máxima de 525 Nm. También ha soportado fuerzas de tracción de hasta 40kN. Puede instalarse en vertical, en horizontal y en oblícuo y favorece la fluidez del proceso de producción de cemento, especialmente en los contenedores y tolvas más pequeños. No fue necesario calibrar el sensor compacto, ya que la sonda se calibró por sí sola tras la instalación y el cableado en el contenedor y la conexión de la fuente de alimentación. El operador no tuvo que hacer nada más que ajustar la salida de la señal en el menú de inicio rápido según su aplicación. Esto también era importante para el operador de la planta, en caso de que quiera cambiar el contenedor intermedio. Si el RF se utiliza en cualquier otra aplicación, basta con conectar previamente la tensión de alimentación y pulsar el botón de calibración. La sonda se ajusta automáticamente a la nueva aplicación y está lista para su uso.