Schwund im Silo auf der Spur
Präzise Feuchtemessung von Schüttgütern
Ein Beispiel aus dem Alltag: Das Mehl in häuslichen Aufbewahrungsbehälter hat über die Zeit einen anderen Füllstand und lässt sich nicht mehr so schnell entleeren. Was ist passiert? Das Schüttgut Mehl hat sich gesetzt, die Luft in den Zwischenräumen ist entwichen − entsprechend hat der Füllstand abgenommen, die Schüttdichte zugenommen. Schüttgutspezialisten sprechen bei dieser Beobachtung von der Zeitverfestigung eines Schüttgutes, was wichtig für die Siloauslegung und das projektierte Austragssystem ist. Hinweise gibt auch das DLG Merkblatt 425: Getreide sicher lagern.
Verschiedene Verfahren zur Feuchtemessung
Eine weitere Schlüsselgröße bei der Auslegung des Silos und der peripheren Technik ist die Feuchtigkeit des Schüttgutes. Diese kann mit verschiedenen Standardmethoden der Probenahme und Ofentrocknung, Trocknungswaagen oder aber mit ausgefeilten elektronischen Messverfahren ermittelt werden. Eine besonders verlässliche Technologie wurde hierzu von der Firma IMKO entwickelt, die sich seit den 1990er-Jahren mit dem Thema Feuchtemessung in Schüttgütern beschäftigt. Die zugrundeliegende TRIME-Technologie wurde in den letzten 37 Jahren kontinuierlich vorangetrieben und bietet sowohl in der Überwachung des Silos, dessen Ein- und Austrag eine hochgenaue messtechnische Lösung. Jüngst entstand auch eine neue Sensorgeneration für die Anwendung in ATEX Zonen zur Verwendung in den oben beschriebenen Messaufgaben. Anhand des Einbaubeispiels im Durchlauftrockner werden die bewährten Einbauorte besonders gut sichtbar und sind auch für Silos gültig. Messung bei Anlieferung mittels Handsonde, Messung am Eintrag mittels Wandungssonde in der Förderschnecke, Messung im Silo mittels Stabsonde und Messung der Feuchte insbesondere wieder beim Austrag mittels Wandungssonde in der Förderschnecke oder einem Kettenförderer, ggf. auch nachgelagert im Textilgurtförderer. Das Augenmerk richtet sich auf das Ein- sowie Auslagern. Möchte man die Zeit dazwischen überwachen, kann man messtechnisch ergänzen.
Feuchtemessung unabhängig von Korngrößenschwankung oder Leitfähigkeiten
Die TRIME-Technologie der Firma IMKO basiert auf dem Messprinzip eines geführten Radarsignals, das unmittelbar im jeweiligen Material mit einem sehr großen Messvolumen misst. Gemessen wird die sich ausbreitende elektromagnetische Welle bzw. deren Reflexionsgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit der Reflexion nimmt mit zunehmendem Wassergehalt im Messvolumen ab, da Wasser als Dipol messtechnisch „Reibung“ erzeugt: je mehr Wasser, desto langsamer die gemessene Reflexion. Wie man an den eben erwähnten Einbauorten in Trockner und Silo ersieht, ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die Sondengeometrie eines Sensors. Bedingung für eine exakte Messung ist ein gut gewählter Einbauort, der das Schüttgut satt und in ausreichender Schütthöhe am Sensor anliegen lässt. Für Stabssonden gilt ein sattes Anliegen in typischer Schüttdichte, für Prozess-Sensoren, die im Gut-Strom messen, gilt insbesondere eine ausreichende Höhe des Schüttgutes, die den Sensor voll überdeckt. Dank der TRIME Technologie ergeben sich letztlich sehr große Freiheitsgrade für Handsonde, Wandungssonde, oder Stabsonde. Allgemein gesprochen, ergeben große Messvolumen mit großen Sonden mehr Messtiefe und Genauigkeit.
Durch die Verwendung der TRIME TDR Technik ist die Genauigkeit der Feuchtemessung nicht von Korngrößenschwankung oder vorliegenden Leitfähigkeiten abhängig, was insbesondere gegenüber Mikrowellensensoren oder kapazitiven Messsonden enorme Vorteile bringt. Spezifische Kalibrierung und wiederkehrender Abgleich entfallen. Dies spart Servicekosten und verhindert ein Stillstehen der Anlage.
Klassische Füllstandmessungen berücksichtigen nicht alle relevanten Faktoren
Mit welcher Technik auch gemessen wird – es lässt sich grundsätzlich folgendes festhalten: Nimmt die Feuchtigkeit zu, verschlechtern sich die Fließeigenschaften bis zu einem schlechtesten anzunehmenden Zustand für dieses Schüttgut, um danach in Bezug auf die Fließeigenschaften wieder besser zu werden. Dann haben wir es jedoch mit einem Gemisch von Wasser und Schüttgut oder je nach Produkt auch mit Schlamm zu tun. Mit schlechteren Fließeigenschaften erhöht sich auch der Schüttwinkel des Schüttgutes.
Sich allein bei der Überwachung des Bestandes im Silo auf die klassische Füllstandmessungen, selbst mit „korngenauer“ Längenmessung zu verlassen, kann somit trügerisch sein. Der Schüttwinkel des feuchteren Schüttgutes ist größer und impliziert ein „volleres“ Silo als bei einem trockenen Schüttgut mit flacherem Winkel, obwohl es nach der Geometrie umgekehrt ist. Besonders anfällig auf Feuchtigkeitsänderungen sind hygroskopische Schüttgüter wie diverse Salze oder solche, die dazu neigen wie Mehle und Getreide sowie auch feinkörnige Sande. Um sichere detaillierte Aussagen zu treffen, benötigt man mehr Messungen im Schüttgut, wobei dabei Feuchte eine ausschlaggebende Rolle spielt.
Man könnte nun zum Schluss kommen, dass ein Verwiegen der eingelagerten Menge die bessere und zugleich einfachere Methode sei. Man erhält direkt die Masse und muss nun nicht mit einer „angenommenen Schüttdichte“ zur Masse umrechnen. Diese Schüttdichte steht jedoch unter dem Einfluss der Zeitverfestigung und ist über die Zeit keine Konstante.
Beim Wiegen wird das Wasser mitgewogen, der aktuelle Feuchtegehalt des Schüttgutes. Befindet sich das Wasser an der Oberfläche des Schüttgutes, ist es flüchtig und wird nach einer Zeit verdunsten und die eingelagerte Masse nimmt mit der Zeit ab.
Verlässliche Feuchtemesstechnik rechnet sich
Als signifikantes Beispiel sei hier die Getreideeinlagerung genannt. So gibt es bei der Einlagerung von Getreide mit einer Kornfeuchte von 22 % und einer Korntemperatur von 20 °C schon nach 15 Tagen ein Verlust von ca. 1,0 % an Masse. Das wäre bei einer Lagermenge von 100.000 t schon ein 1000 t Verlust – bei einem aktuellen Erzeugerpreis von 190 bis 220 €/t (im Jahr 2021) sind das Verluste in Höhe von 200.000 €. Für einen durchschnittlichen Landwirt mit 50 Hektar Land und einer Ernte von 4.000 t kommen vermeidbare Verluste von 10.000 € zusammen.
Bei der Einlagerung von Getreide amortisieren sich schnell die Kosten für gute und verlässliche Feuchtmesstechnik zur Überwachung und andere Maßnahmen zur Reduzierung der Lagerverluste. Insbesondere in regnerischen Jahren ist das wichtig, denn die höheren Gutfeuchten provozieren Pilzbefall im Lager, womöglich sogar Pilzbefall auf dem Ackerschlag. Laut WHO ist Pilzbefall für 10 % der weltweiten Ernteverluste in Weizen verantwortlich (6 Mio. t Verluste). In Deutschland werden ca. 20 Mio. t Weizen geerntet, der Verlust beziffert sich jährlich also auf etwa 55 Mio. €. Legt man nun die 186 verbliebenen Mühlen in Deutschland zugrunde, sind das durchschnittlich 285.000 € Schaden jährlich. Die Feuchtemessung bietet ein enormes Potenzial, Schäden und Verluste zu vermeiden und allenfalls weitere prozesstechnische Schritte vorzusehen, um stabile Lagerfähigkeit herzustellen. Die Kosten für die Messtechnik kommen einem in Anbetracht der jährlich zu erwartenden Verluste wie ein Schnäppchen vor.
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Über IMKO
Unternehmensporträt
Die IMKO Micromodultechnik GmbH in Ettlingen wurde 1984 von Kurt Köhler gegründet. Seitdem hat sich das als Anbieter von richtungsweisenden Hightech-Produkten im Bereich Sensorik zur Wassergehaltsbestimmung etabliert. IMKO entwickelt, produziert und vertreibt Messtechnologie und Sensoren State-of-the-Art. Diese erfassen zuverlässig und präzise unterschiedliche physikalische Parameter im Bereich der Materialfeuchtemessung für Online- und Offline-Anwendungen sowie für die Umweltmesstechnik. Das Kundenportfolio umfasst Unternehmen aus der Bau-, Nahrungsmittel- sowie Pharmaindustrie, der Chemie und vielen anderen Bereichen. Zudem werden Kunden aus öffentlichen bzw. staatlichen Einrichtungen, Forschungsinstituten und Universitäten betreut. Seit 2017 ist die IMKO Micromodultechnik GmbH Teil von Endress+Hauser.