Misurazione accurata del livello di materiale solido: metodi comuni e difficoltà Italia

Un solido granulare è un insieme di particelle, come neve, sabbia, riso o carbone. Sebbene la forma dei solidi granulari sia facile da spiegare, il loro comportamento è complesso e diverso da quello dei liquidi e dei gas. Misurare accuratamente la quantità di solidi nei serbatoi o nei silos è fondamentale per la gestione del prodotto e il controllo e il trasferimento della gestione del magazzino.
Tipo di sensore
Come la misurazione del livello dei liquidi, anche le apparecchiature di misurazione del livello dei materiali solidi sono divise in due categorie: senza contatto e a contatto. In queste categorie, le apparecchiature possono essere ulteriormente suddivise in monitoraggio del livello puntuale e continuo. Questo articolo introduce i principi alla base di questi dispositivi e alcune applicazioni.
La misurazione del livello dei solidi non è così pulita e precisa come la misurazione del livello dei liquidi. Le caratteristiche di peso dei liquidi possono essere convertite in peso del livello del liquido utilizzando un dispositivo a pressione statica; I solidi possono subire cambiamenti significativi all'interno dello stesso lotto. I liquidi hanno anche proprietà autolivellanti e possono fornire una superficie uniforme per i dispositivi di misurazione senza miscelazione o altre interferenze. Questa è una delle sfide affrontate dalla misurazione del livello dei materiali solidi.

I solidi generalmente possono fornire solo superfici irregolari ai dispositivi di misurazione e vengono caricati o depositati in modo non uniforme nei contenitori in cui sono conservati. Trovare una superficie orizzontale per riflettere i segnali rappresenta una certa sfida per i materiali solidi.
Le apparecchiature senza contatto utilizzate per la misurazione dello stato solido, simili alle apparecchiature senza contatto utilizzate per la misurazione del livello dei liquidi, sono le apparecchiature più comuni, inclusi ultrasuoni, radar e laser. I dispositivi a ultrasuoni hanno il vantaggio di essere a basso costo e abbiamo una comprensione molto chiara dei loro modelli di comportamento. Sfortunatamente, a volte può portare ad un uso improprio, con conseguenti risultati incoerenti. Lo stesso vale per le apparecchiature radar.
I solidi sono generalmente difficili da depositare su una superficie uniforme e orizzontale. Uno scenario più comune è che i solidi vengono trasportati in un serbatoio d'acqua o silo attraverso un trasportatore, che versa i solidi in una posizione, formando un cono determinato dall'"angolo di riposo" del solido. Quando l'angolo viene superato, si verifica un cedimento o distacco di massa. Se il dispositivo senza contatto monitora la parte superiore del cono, questo distacco causerà un improvviso cambiamento del livello del materiale. Di solito, quando l'attrezzatura è disposta vicino all'area di consegna, è difficile misurare il livello effettivo del materiale e qualsiasi distacco causerà nuovamente un improvviso cambiamento del livello del materiale.
Le difficoltà della misurazione dello stato solido
Il problema è il riflesso delle superfici inclinate. I dispositivi a ultrasuoni, radar a onde guidate (GWR) e laser si basano sulla riflessione del segnale sulla superficie del materiale testato. La superficie del liquido è uniforme e fornisce una buona superficie riflettente per la riflessione del segnale. La consistenza, la dimensione delle particelle e, naturalmente, l'angolo di riposo dei solidi variano. L'angolo di riposo è l'angolo al quale un solido si deposita naturalmente quando trasportato ad una portata uniforme e costante. Ogni solido ha un angolo di riposo unico. Questo può essere utilizzato nell'applicazione della misurazione di punti materiali.
Un sensore del dispositivo di misurazione senza contatto può essere installato ad un angolo di riposo per determinare quando il cono solido raggiunge il punto di controllo, come un allarme di livello alto. La misurazione continua del livello non è semplice. La mancanza di una superficie uniforme impedirà alla riflessione coerente di ritornare al trasmettitore e la dimensione variabile delle particelle produrrà effetti di diffusione, entrambi i quali possono portare a segnali inaffidabili. Il laser è un dispositivo più affidabile per misurare i punti dei materiali ed è più accurato nel determinare la presenza di solidi nei punti di controllo.

Qualora non risultasse pratico installare il laser sul contenitore del dispositivo, è possibile installarlo sulla spalla del dispositivo. Ad esempio, nell'applicazione del caricamento dei fanghi sui camion, non è pratico installare dispositivi di monitoraggio del livello dei liquidi sui camion a causa delle apparecchiature di movimentazione e trasporto dei materiali.
Polvere, espansione dei solidi e carichi irregolari nei contenitori possono influenzare le apparecchiature senza contatto. Ricorda che la polvere può bruciare. Prima dell'implementazione delle procedure di sicurezza, si verificavano spesso esplosioni di polvere di carbone e silos di grano. Questa caratteristica deve essere considerata durante la progettazione del sistema. Oltre al carburante, all'ossigeno e all'accensione necessari per la combustione del carburante, la polvere deve essere dispersa e confinata in contenitori chiusi per diventare combustibile. La dispersione può interferire con il funzionamento delle apparecchiature di livello del materiale senza contatto.
Nel sistema devono essere progettati involucri adeguati per le apparecchiature in modo da fornire una protezione adeguata. Quando un solido "si accumula" e si separa dal resto del materiale di riempimento nel silo per formare un oggetto separato, si verifica un'espansione del solido, come il solido ammucchiato su un lato del silo. Ciò può comportare l'impossibilità di entrare in contatto con il livello o l'impossibilità del livello di entrare in contatto con il materiale. Una misura correttiva comune consiste nell'utilizzare vibrazioni o aria per "fluidificare" il solido e garantire una distribuzione uniforme. Per vari motivi, potrebbe verificarsi un caricamento non uniforme. In alcuni casi, l’esperienza del personale addetto alla progettazione e all’utilizzo del sistema, combinata con l’agitazione meccanica, può aiutare ad alleviare questo problema.
Il dispositivo di misurazione del contatto utilizzato per questa applicazione è esclusivo della misurazione dello stato solido. Questi dispositivi dipendono dal contatto diretto o dal peso con il materiale. Le dimensioni, la densità, il contenuto di umidità e il peso dei solidi variano. Queste funzionalità possono essere utilizzate per rilevare o dedurre i livelli dei materiali. Il punto comune del dispositivo di rilevamento del livello del materiale è un sensore del tipo a molla vibrante o diapason. Un altro metodo di misurazione comune consiste nell'utilizzare sistemi di pesi e cavi. Il dispositivo è meccanico e include un sensore a linea scorrevole che può seguire il meccanismo meccanico per spostarsi verso il basso fino al suolo. Gli estensimetri vengono utilizzati per modificare contenitori o silos esistenti per indicare il carico solido all'interno del contenitore.