Bij het ontwerp van een silo-uitdraagsysteem in procesinstallaties staat men vaak voor de keus om een doseerschuif of een doseerschroef toe te passen. Een doseerschuif biedt als belangrijk voordeel dat dankzij het enorme dynamische flowbereik zowel snel als precies kan worden gedoseerd.
Het is een uitdaging om voor een silo in een specifieke procesinstallatie de meest optimale oplossing voor het uitdraagsysteem te vinden. In veel gevallen gaat het om een afweging tussen een doseerschuif en een doseerschroef. Voor een verantwoorde keuze is inzicht nodig in de werking en de eigenschappen van zowel een doseerschuif als een doseerschroef. Het gaat daarbij om aspecten zoals de interactie tussen het product en het uitdraagsysteem, het effect van het uitdraagsysteem op de stroming in de silo, de dynamische flowrange, de doseernauwkeurigheid, de besturing en het energieverbruik van het uitdraagsysteem. De doseerschuif bestaat uit een vast onderrooster en een bovenrooster dat tijdens het doseren heen en weer beweegt.
Activatie
Een belangrijk aspect is de interactie tussen het product en uitdraagsysteem. Kenmerkend voor de doseerschuif is dat deze het product in de silo los maakt middels een productvriendelijke verticale activatie. Dit sluit uit dat product wordt gecompacteerd zoals dat kan gebeuren in een doseerschroef die het product naar één zijde weg perst. De doseerschuif brengt het product in beweging zonder het te transporteren. Dit betekent dat het product direct in verticale richting uitstroomt, op zwaartekracht. Anders dan bij een doseerschroef wordt in het product geen energie ingebracht, zodat ook geen productbeschadiging of compactering optreedt. Het eenvoudige ontwerp van de doseerschuif maakt dit uitdraagsysteem ook bijzonder duurzaam. Waar een uittrekschroef een levensduur heeft van ten hoogste vijf jaar, kan een decennia-lang in bedrijf zijn.
Geometrie
Het uitdraagsysteem bepaalt in zekere mate de geometrie van de silo en daarmee ook het stromingsbeeld van het product in de silo. Ideaal hierbij is dat het uitstroomoppervlak van de doseerschuif zich in het midden van de silotrechter bevindt, terwijl dat van de doseerschroef bij voorkeur raakt aan de verticale trechterwand aan de uitstroomzijde. Die verticale wand is bij de uittrekschroef vereist om het ontstaan van een dode productzone te voorkomen. Bij een symmetrische silotrechter (met bijv. 70° hoeken) zal de doseerschroef het product dat zich vlak boven de schroef bevindt, opstuwen op de trechterwand bij de uitstroomzijde. Dit product vormt daar een dode zone die ten koste gaat van het zo belangrijke FIFO-principe (First In First Out). Een verticale trechterwand kan de vorming van zo’n dode zone deels voorkomen, maar vraagt de nodige hoogte (typisch 1 meter). De opslagcapaciteit van de silo met doseerschroef is daardoor (bij gelijke trechterhoek) kleiner dan het geval is bij een silo met doseerschuif
Massastroming
Een doseerschuif biedt in de regel een veel groter uitstroomoppervlak dan een doseerschroef. Het uitstroomoppervlak van de doseerschroef wordt namelijk bepaald door de relatief kleine schroefdiameter en de schroeflengte. Het uitstroomoppervlak van de doseerschuif kan gemakkelijk oplopen tot 25% van de silo-oppervlakte. Dit percentage bedraagt bij een doseerschroef zelden meer dan 10%. Het centrale en grotere uitstroomoppervlak van een doseerschuif verzekert een gelijkmatige uitstroming, waarbij in de silo massa-stroming optreedt (het FIFO-principe). Ook is voor een gegeven opslagcapaciteit (bij gelijke trechterhoek) minder bouwhoogte benodigd.
Doseerbereik
Een belangrijke eigenschap van de doseerschuif is het enorme dynamische flowbereik. De verhouding tussen het minimale en maximale debiet kan gemakkelijk 1:1000 zijn. Het doseerbereik van een FCD doseerschuif (de kleinste in het ALFRA-programma) voor slechtstromende grondstoffen gaat zelfs van 30 gram/minuut (ofwel 0,5 gram/seconde) tot 35 kg per minuut. Bij een doseerschroef is het dynamische flowbereik niet beter dan 1:20. Een verhoging van het toerental vertaalt zich niet alleen in een capaciteitsvergroting maar ook in slip, en dat laatste des te meer naarmate het toerental hoger wordt. Weliswaar is door het bijplaatsen van een tweede schroef onder de hoofdschroef de minimale flow naar bijvoorbeeld 1% van maximaal te reduceren, maar het flowbereik is dan in de regel niet traploos instelbaar, terwijl de investeringskosten voor materiaal en met name de besturing sterk oplopen. Daarbij komt dat voor het starten van een uittrekschroef op een laag toerental een extra sterke motor met frequentieregelaar benodigd is. Dit extra vermogen is nodig om het losbreekkoppel te kunnen leveren. Bij een doseerschuif geldt deze eis niet.
Doseernauwkeurigheid
De minimale doseerhoeveelheid bij een doseerschuif nadert tot nul gram, terwijl die hoeveelheid bij een doseerschroef wordt bepaald door het volume in één winding. Zodra aan de uitlaat van de doseerschroef een schroefcompartiment zich opent, stroomt dit compartiment volledig uit. Bovendien bestaat het risico van het doorlopen van product (met name als het stortgoed neiging heeft tot fluïdiseren). Het is weliswaar mogelijk om na de doseerschroef een afsluiter te plaatsen om preciezer te doseren, maar de volgende dosering bedraagt dan ten minste de hoeveelheid materiaal die door de afsluiter is tegen gehouden. Een doseerschuif sluit daarentegen direct en volledig af.
Het dynamische flowbereik heeft tot gevolg dat met de doseerschuif zowel snel als precies kan worden gedoseerd. Bij een doseerschuif/weger-combinatie is de beperkende factor voor een precieze dosering niet de doseerschuif, maar de weger. Hierdoor is het zinvol om gebruik te maken van een weger-in-weger. Dit biedt de mogelijkheid om vanuit dezelfde silo in één weeginstallatie zowel 50 gram als 100 kg te doseren met een nauwkeurigheid van enkele grammen voor het bereik tot 5 kg.
Besturing
Een doseerschuif vergt een grotere investering dan een doseerschroef, maar bij de inzet vanaf zes doseerschuiven onder een siloblok is men toch goedkoper uit dan bij een keuze voor zes doseerschroeven met afsluiters. Dit heeft te maken met het feit dat de doseerschuiven (of het er nu vier, zes of vierentwintig zijn) allemaal worden aangedreven door één enkele hydraulische cilinder. Deze ene cilinder beweegt namelijk een raamwerk waarop de doseerschuiven naar keuze kunnen worden aangekoppeld. Het energieverbruik van de doseerschuif is bijzonder laag. Zo is het mogelijk om met een 3 kW-motor tot 50 kg/seconde te doseren. Voor deze opgave heeft een doseerschroef al snel een 25 kW-motor nodig. Bovendien vereist elke doseerschroef een eigen aandrijving met frequentieregelaar.
Uitstroomkarakteristiek
De besturing van een doseerschuif is intelligenter maar daardoor ook complexer dan die van een doseerschroef waarbij het debiet binnen zekere grenzen evenredig is aan het toerental. Een doseerschuif heeft namelijk de mogelijkheid om zowel het openingspercentage als de slaglengte en de frequentie te variëren. Ook kunnen voor bepaalde toepassingen de vorm van de lamellen worden aangepast (meer of minder progressieve openingen). Het is daarmee mogelijk om voor het te doseren materiaal een optimale uitstroom-karakteristiek te realiseren.