BR112020016406B1 - Medidor vibratório, e, método de monitorar dissolução de soluto em uma solução - Google Patents

Abstract

MEDIDOR VIBRATÓRIO, E, MÉTODO DE MONITORAR DISSOLUÇÃO DE SOLUTO EM UMA SOLUÇÃO Um medidor vibratório (5, 200) é provido, tendo um acionador (104, 202) e um membro vibratório (103, 103?, 204) vibrável pelo acionador (104, 202). Pelo menos um sensor de desvio (105, 105', 209) é configurado para detectar vibrações do membro vibratório (103, 103?, 204). Eletrônicas de medidor (20) compreendem uma interface (301) configurada para receber uma resposta vibracional do pelo menos um sensor de desvio (105, 105', 209) e um sistema de processamento (303) acoplado à interface (301). O sistema de processamento (303) é configurado para medir um ganho de acionamento (306) do acionador (104, 202) e determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo com base no ganho de acionamento (306).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a medidores vibratórios e, mais particularmente, a um método e aparelho para monitorar dissolução de solutos em um solvente.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Densitômetros são geralmente conhecidos na técnica e são usados para medir uma densidade de um fluido. O fluido pode compreender um líquido, um gás, um líquido com particulados em suspensão e/ou gás arrastado, ou combinações dos mesmos. Densitômetros vibratórios operam tipicamente detectando movimento de um elemento vibratório que vibra na presença de um material fluido a ser medido. Propriedades associadas com o material fluido, tais como densidade, viscosidade, temperatura e similares, podem ser determinadas por processamento de sinais de medição recebidos de transdutores de movimento associados com o elemento vibratório. Os modos de vibração do sistema de elemento vibratório são geralmente afetados pelas características combinadas de massa, rigidez e amortecimento do elemento vibratório e do material fluido circundante.

[003] Densitômetros vibratórios e medidores de fluxo Coriolis são geralmente conhecidos e são usados para medir fluxo de massa e outras informações relacionadas a materiais fluindo através de um conduto no medidor de fluxo ou um conduto contendo o densitômetro. Medidores de fluxo exemplificativos são descritos nas Patente US 4.109.524, Patente 4.491.025 e Re. 31.450, todas para J.E. Smith et al. Estes medidores de fluxo têm um ou mais condutos de uma configuração reta ou curva. Cada configuração de conduto em um medidor de fluxo de massa Coriolis, por exemplo, tem um conjunto de modos de vibração natural, que podem ser de tipo de flexão simples, de torção ou acoplado. Cada conduto pode ser acionado para oscilar em um modo preferido. Alguns tipos de medidores de fluxo de massa, especialmente medidores de fluxo Coriolis, são capazes de ser operados de um modo que realiza uma medição direta de densidade para fornecer informação volumétrica através do quociente de massa sobre densidade. Ver, por exemplo, Patente US 4.872.351 de Ruesch para um computador de volume resultante de óleo que usa um medidor de fluxo Coriolis para medir a densidade de um fluido multifásico desconhecido. A patente US 5.687.100 de Butler et al. ensina densitômetro de efeito Coriolis que corrige as leituras de densidade para efeitos de vazão de massa em um medidor de fluxo de massa operando como um densitômetro de tubo vibratório.

[004] Material escoa para dentro do medidor de fluxo a partir de uma tubulação conectada sobre o lado de entrada do medidor de fluxo, é dirigido através do(s) conduto(s) e deixa o medidor de fluxo através do lado de saída do medidor de fluxo. Os modos de vibração do sistema vibratório são definidos em parte pela massa combinada dos condutos e do material escoando dentro dos condutos.

[005] Outro exemplo de um medidor de densidade vibratório opera no princípio de elemento vibratório, em que o elemento é um garfo de sintonização delgado, ou estrutura similar, que é imerso no líquido sendo medido. Um garfo de sintonização convencional consiste de dois dentes, tipicamente seção transversal plana ou circular, que são fixados a uma viga transversal, que é adicionalmente fixada a uma estrutura de montagem. O garfo de sintonização é excitado em oscilação por um acionador, tal como um cristal piezelétrico, por exemplo, que é preso internamente na raiz do primeiro dente. A frequência de oscilação é detectada por um segundo cristal piezelétrico preso na raiz do segundo dente. O sensor do transdutor pode ser acionado na sua primeira frequência ressonante natural, como modificada pelo fluido circundante, por um circuito amplificador localizado com a eletrônica de medidor.

[006] Quando o garfo é imerso em um fluido e excitado na sua frequência ressonante, o garfo vai mover fluido mediante o movimento de seus dentes. A frequência ressonante da vibração é fortemente afetada pela densidade do fluido contra o qual estas superfícies batem. De acordo com princípios bem conhecidos, a frequência ressonante dos dentes irá variar inversamente com a densidade do fluido que está contatando o conduto.

[007] Eletrônicas de medidor conectadas via um acionador de medidor vibratório geram um sinal de acionamento para operar o acionador e também para determinar uma densidade e/ou outras propriedades de um material de processo a partir de sinais recebidos dos desvios. O acionador pode compreender um dentre muitos arranjos bem conhecidos, tais como um piezo acionador ou um ímã tendo uma bobina de acionamento oposta. Uma corrente alternada é passada para o acionador para vibrar o(s) conduto(s) a uma amplitude e frequência desejadas. É também conhecido na técnica prever os desvios em um arranjo muito similar ao arranjo de acionador. Porém, embora o acionador receba uma corrente que induz um movimento, os desvios podem usar o movimento fornecido pelo acionador para induzir uma tensão. A magnitude do retardo de tempo medido pelos desvios é muito pequena; frequentemente medida em nanossegundos. Portanto, é necessário obter que a saída do transdutor seja muito precisa.

[008] Outros estilos de densitômetros vibratórios podem compreender um membro vibratório cilíndrico que é exposto a um fluido sob teste. Um exemplo de um densitômetro vibratório compreende um conduto cilíndrico que é montado em cantilever, com uma extremidade de entrada acoplada a uma tubulação existente ou outra estrutura e com a extremidade de saída livre para vibrar. O conduto pode ser vibrado e uma frequência ressonante pode ser medida, o que permite a determinação da densidade do fluido sob teste.

[009] São previstos um método e um aparelho para monitorar a dissolução de solutos, especialmente em operações de mistura em batelada, que utilizam densitometria. Um medidor de densidade de elemento vibratório é utilizado para monitorar as operações de mistura. Pode ser previsto um sistema com um laço de recirculação em que um densitômetro de membro vibratório é utilizado para medir a dissolução de soluto.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[010] Um medidor vibratório é previsto de acordo com uma modalidade. O medidor vibratório compreende um acionador, um membro vibratório vibrável pelo acionador e pelo menos um sensor de desvio configurado para detectar vibrações do membro vibratório. Uma eletrônica de medidor é prevista que compreende uma interface configurada para receber uma resposta vibracional do pelo menos um sensor de desvio e um sistema de processamento acoplado à interface configurado para medir um ganho de acionamento do acionador e determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação no ganho de acionamento.

[011] Um método de monitorar a dissolução de soluto em uma solução é previsto de acordo com uma modalidade. O método compreende as etapas de adicionar um primeiro soluto a um fluido e expor o fluido a um medidor vibratório. Um ganho de acionamento de um acionador do medidor vibratório é medido e o primeiro soluto é determinado para ter dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação no ganho de acionamento medido.

ASPECTOS

[012] De acordo com um aspecto, um medidor vibratório, compreende um acionador, um membro vibratório vibrável pelo acionador, pelo menos um sensor de desvio configurado para detectar vibrações do membro vibratório, eletrônica de medidor compreendendo uma interface configurada para receber uma resposta vibracional do pelo menos um sensor de desvio e um sistema de processamento acoplado à interface configurado para medir um ganho de acionamento do acionador e determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação no ganho de acionamento.

[013] Preferivelmente, o sistema de processamento é configurado para medir uma densidade de um fluido e determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação na densidade do fluido.

[014] Preferivelmente, o sistema de processamento é configurado para medir uma densidade de um fluido e determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma combinação de variações no ganho de acionamento e na densidade do fluido medida.

[015] Preferivelmente, o sistema de processamento é configurado para determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo quando um pico de sinal de ganho de acionamento é seguido por um período de estabilização de sinal de ganho de acionamento.

[016] Preferivelmente, o período de estabilização de sinal de ganho de acionamento compreende um nível de sinal que é aproximadamente o nível de sinal observado antes do pico de sinal de ganho de acionamento medido.

[017] Preferivelmente, o período de estabilização de sinal de ganho de acionamento compreende um nível de sinal que é diferente do nível de sinal observado antes do pico de sinal de ganho de acionamento medido.

[018] Preferivelmente, o medidor vibratório compreende adicionalmente um laço de recirculação em comunicação fluida com o medidor vibratório e um vaso operável para conter o fluido, em que o fluido pode passar através do laço de recirculação e do medidor vibratório antes de retornar ao vaso.

[019] De acordo com um aspecto, um método de monitorar a dissolução de soluto em uma solução compreende as etapas de adicionar um primeiro soluto a um fluido, expor o fluido a um medidor vibratório, medir um ganho de acionamento de um acionador do medidor vibratório e determinar que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação no ganho de acionamento medido.

[020] Preferivelmente, o método compreende as etapas de medir uma densidade do fluido e determinar que o soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação na densidade do fluido medida.

[021] Preferivelmente, o método compreende as etapas de medir uma densidade do fluido e determinar que o soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base em variações na densidade medida do fluido e no ganho de acionamento medido.

[022] Preferivelmente, a etapa de determinar que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base no ganho de acionamento medido compreende medir um pico de sinal de ganho de acionamento seguido por um período de estabilização de sinal de ganho de acionamento.

[023] Preferivelmente, o período de estabilização de sinal de ganho de acionamento compreende um período de nível de sinal que é aproximadamente o nível de sinal observado antes do pico de sinal de ganho de acionamento medido.

[024] Preferivelmente, o período de estabilização de sinal de ganho de acionamento compreende um período de nível de sinal que é diferente do nível de sinal observado antes do pico de sinal de ganho de acionamento medido.

[025] Preferivelmente, o método compreende a etapa de adicionar um segundo soluto ao fluido somente depois que é determinado que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo.

[026] Preferivelmente, a etapa de determinar que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base no ganho de acionamento medido compreende a etapa de comparar o ganho de acionamento medido a um ganho de acionamento predeterminado.

[027] Preferivelmente, a etapa de determinar que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base no ganho de acionamento medido compreende a etapa de comparar o ganho de acionamento medido a um ganho de acionamento aprendido por máquina.

[028] Preferivelmente, a etapa de determinar que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base na densidade medida compreende a etapa de comparar a densidade medida a uma densidade predeterminada.

[029] Preferivelmente, a etapa de determinar que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base na densidade medida compreende a etapa de comparar a densidade medida a uma densidade aprendida por máquina.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[030] Figura 1 ilustra um densitômetro vibratório de acordo com uma modalidade;

[031] Figura 2 ilustra um densitômetro vibratório de acordo com uma modalidade;

[032] Figura 3 ilustra outra modalidade de um densitômetro;

[033] Figura 4 ilustra eletrônica de medidor de acordo com uma modalidade;

[034] Figura 5 ilustra um esquema de um sistema de dissolução de soluto de acordo com uma modalidade;

[035] Figura 6 é um gráfico exemplificativo indicando adição de soluto a uma solução monitorada; e

[036] Figura 7 é um outro gráfico exemplificativo indicando adição de soluto a uma solução monitorada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[037] Figuras 1-7 e a seguinte descrição ilustram exemplos específicos para ensinar aos versados na técnica como fazer e usar o melhor modo da invenção. Com a finalidade de ensinar princípios inventivos, alguns aspectos convencionais foram simplificados ou omitidos. Os versados na técnica vão apreciar variações destes exemplos que estão dentro do escopo da invenção. Os versados na técnica vão apreciar que as características descritas abaixo podem ser combinadas de vários modos para formar múltiplas variações da invenção. Como resultado, a invenção não é limitada aos exemplos específicos descritos abaixo, mas apenas pelas reivindicações e seus equivalentes.

[038] Figuras 1 e 2 ilustram um densitômetro 200. O membro vibratório 204 pode ser vibrado na, ou perto de uma, frequência natural (isto é, ressonante). Medindo uma frequência ressonante do membro vibratório 204 na presença de um fluido, a densidade do fluido pode ser determinada. O membro vibratório 204 pode ser formado de metal e é construído de uma espessura uniforme de modo que variações e/ou imperfeições na parede do membro não afetam a frequência ressonante do cilindro vibratório. Este densitômetro exemplificativo 200 inclui um membro vibratório cilíndrico 204 localizado pelo menos parcialmente dentro de um alojamento 210. O alojamento 210 ou o membro vibratório 204 podem incluir flanges ou outros membros para acoplar operativamente o densitômetro a uma tubulação ou dispositivo de fornecimento de fluido similar de um modo estanque a fluido. No exemplo mostrado, o membro vibratório 204 é montado em cantilever no alojamento 210 em uma extremidade de entrada 206, deixando a extremidade oposta livre para vibrar. O membro vibratório 204 pode incluir uma pluralidade de aberturas para fluido 207 que permitem que fluido entre no densitômetro 200 e escoe entre o alojamento 210 e o membro vibratório 204. Portanto, o fluido contata as superfícies interiores assim como as exteriores do membro vibratório 204. Um acionador 202 e um sensor de vibração (desvio) 209 são posicionados próximos do membro vibratório 204. O acionador 202 recebe um sinal de acionamento de uma eletrônica de medidor 20 e vibra o membro vibratório 204 na ou perto de uma frequência ressonante. O sensor de vibração 209 detecta a vibração do membro vibratório 204 e envia a informação de vibração para a eletrônica de medidor 20 para processamento. A eletrônica de medidor 20 determina a frequência ressonante do membro vibratório 204 e gera uma medição de densidade a partir da frequência ressonante medida.

[039] De acordo com uma modalidade, o densitômetro de membro vibratório 200 inclui o membro vibratório 204 no interior de um alojamento 210. O membro vibratório 204 pode ser permanentemente ou removivelmente afixado ao alojamento 210. O fluido a ser quantificado pode ser introduzido no, ou pode ser passado através do, alojamento 210. O membro vibratório 204 pode ser substancialmente coaxial dentro do alojamento 210 em algumas modalidades. Porém, o membro vibratório 204 não precisa corresponder completamente ao alojamento 210 em formato de seção transversal. O membro vibratório 204 pode ser um tubo, haste, garfo, ou qualquer outro membro conhecido na técnica.

[040] Em uma modalidade, o membro vibratório 204 é instalado no densitômetro vibratório 200 e a extremidade de entrada 206 do membro vibratório 204 é acoplada ao alojamento 210 enquanto que a extremidade de saída 208 é livre para vibrar. O membro vibratório 204 não é diretamente acoplado ao alojamento 210 na modalidade mostrada, mas ao contrário a base 201 é acoplada ao alojamento 210 e a extremidade de saída 208 é livre para vibrar. Como resultado, o membro vibratório 204 é montado em cantilever no alojamento 210. Este é meramente um exemplo, pois outras configurações de montagem do membro são contempladas e vão ser conhecidas dos versados na técnica.

[041] De acordo com uma modalidade, o densitômetro vibratório 200 pode incluir adicionalmente um acionador 202 e pelo menos um sensor de vibração 209, que pode ser acoplado a uma torre central 212. O acionador 202 pode ser adaptado para vibrar o membro vibratório 204 em um ou mais modos de vibração. Embora o acionador 202 seja mostrado localizado dentro de uma torre central 212 posicionada dentro do membro vibratório 204, em algumas modalidades, o acionador 202 pode ser posicionado entre o alojamento 210 e o membro vibratório 204, por exemplo. Além do mais, deve ser apreciado que, embora o acionador 202 seja mostrado posicionado próximo da extremidade de entrada 206, o acionador 202 pode ser posicionado em qualquer local desejado. De acordo com uma modalidade, o acionador 202 pode receber um sinal elétrico a partir da eletrônica de medidor 20 mediante condutores 211. Na modalidade mostrada, o pelo menos um sensor de vibração 209 é coaxialmente alinhado com o acionador 202. Em outras modalidades, o pelo menos um sensor de vibração 209 pode ser acoplado ao membro vibratório 204 em outros locais. Por exemplo, o pelo menos um sensor de vibração 209 pode estar localizado sobre uma superfície externa do membro vibratório 204. Além disso, o pelo menos um sensor de vibração 209 pode estar localizado fora do membro vibratório 204 enquanto que o acionador 202 está localizado dentro do membro vibratório 204, ou vice-versa.

[042] O pelo menos um sensor de vibração 209 pode transmitir um sinal para a eletrônica de medidor 20 via condutores 211. A eletrônica de medidor 20 pode processar os sinais recebidos através do pelo menos um sensor de vibração 209 para determinar uma frequência ressonante do membro vibratório 204. Em uma modalidade, o acionador 202 e o sensor de vibração 209 são magneticamente acoplados ao membro vibratório 204, e assim o acionador 202 induz vibrações no membro vibratório 204 mediante um campo magnético e o sensor de vibração 209 detecta vibrações do membro vibratório 204 via variações em um campo magnético próximo. Se um fluido sob teste está presente, a frequência ressonante do membro vibratório 204 vai variar de modo inversamente proporcional à densidade do fluido como é conhecido na técnica. A variação proporcional pode ser determinada durante uma calibração inicial, por exemplo. Na modalidade mostrada, o pelo menos um sensor de vibração 209 também compreende uma bobina. O acionador 202 recebe uma corrente para induzir uma vibração no membro vibratório 204 e o pelo menos um sensor de vibração 209 usa o movimento do membro vibratório 204 criado pelo acionador 202 para induzir uma tensão. Acionadores e sensores de bobina são bem conhecidos na técnica e uma discussão adicional de sua operação é omitida para brevidade da descrição. Além do mais, deve ser apreciado que o acionador 202 e o pelo menos um sensor de vibração 209 não são limitados a bobinas, mas ao contrário podem compreender uma variedade de outros componentes vibratórios bem conhecidos, tais como sensores piezelétricos, calibradores por deformação, sensores ópticos ou a laser, etc., por exemplo. Portanto, a presente modalidade não deve de nenhum modo ser limitada a ímãs/bobinas. Além do mais, os versados na técnica vão reconhecer prontamente que a disposição particular do acionador 202 e do pelo menos um sensor de vibração 209 pode ser alterada enquanto permanecendo dentro do escopo das presentes modalidades.

[043] A eletrônica de medidor 20 pode ser acoplada a um trajeto 26 ou outro elo de comunicação. A eletrônica de medidor 20 pode comunicar medições de densidade através do trajeto 26. A eletrônica de medidor 20 pode também transmitir qualquer maneira de outros sinais, medições, ou dados através do trajeto 26. Além disso, a eletrônica de medidor 20 pode receber instruções, programação, outros dados ou comandos via o trajeto 26.

[044] Em uma modalidade, a parede do membro vibratório 204 é excitada em uma direção radial e em um modo de vibração radial pelo acionador 202 ou outro mecanismo de excitação. A parede do membro vibratório 204 vai então vibrar em um modo radial correspondente, mas a uma frequência ressonante do membro vibratório alongado 204 e o fluido em escoamento circundante. A relação entre a força de acionamento da vibração e a assimetria da parede do tubo vai levar um ou mais formatos a serem excitados.

[045] O membro vibratório 204 separa os modos de vibração resultantes por pelo menos uma diferença de frequência predeterminada, tornando prática a discriminação entre os modos de vibração. Consequentemente, o densitômetro vibratório 200 pode filtrar ou separar ou discriminar de outra maneira os modos de vibração captados através do pelo menos um sensor de vibração 209. Por exemplo, o membro vibratório 204 pode separar e espaçar entre si um modo de vibração radial de frequência mais baixa de um modo de vibração radial de frequência mais alta.

[046] Durante a construção do membro vibratório 204, o membro vibratório 204 e base 201 são formados. Em uma modalidade, o membro vibratório 204 é pelo menos parcialmente formado por usinagem. Em uma modalidade, o membro vibratório 204 é pelo menos parcialmente formado por usinagem por descarga elétrica. Estes métodos proporcionam exemplos não limitativos de técnicas de construção potenciais e não servem para limitar o uso de outras técnicas de construção.

[047] O membro vibratório 204 pode ser a mesma peça de material que a base 201. Em uma modalidade, o membro vibratório 204 é formado e subsequentemente afixado à base 201. O membro vibratório 204 pode soldado ou brasado na base 201 em algumas modalidades. Porém, deve ficar entendido que o membro vibratório 204 pode ser afixado à base 201 de qualquer maneira apropriada, incluindo ser permanentemente ou removivelmente afixado à base 201.

[048] Embora a discussão aqui trate de um tubo vibratório que é fixado em uma extremidade e livre na outra extremidade, deve ficar entendido que os conceitos e exemplos também se aplicam a um tubo que é fixado em ambas extremidades e é vibrado em um modo radial. Além do mais, é descrita uma estrutura tendo um membro vibratório cilíndrico, embora será evidente, para os versados na técnica, que a presente invenção poderia ser praticada em um densitômetro de garfo vibratório.

[049] O densitômetro vibratório 200 pode ser configurado para determinar uma densidade de um fluido, tal como um gás, um líquido, um líquido com gás arrastado, um líquido com particulados e/ou gás suspensos, ou uma combinação destes. Em algumas modalidades, o densitômetro de membro vibratório 200 pode ser configurado para determinar a densidade de um líquido tendo um soluto no mesmo.

[050] Figura 3 ilustra um medidor de fluxo 5, que pode ser qualquer medidor vibratório, tal como um medidor de fluxo/densitômetro Coriolis, por exemplo sem limitação. O medidor de fluxo 5 compreende um conjunto sensor 10 e eletrônica de medidor 20. O conjunto sensor 10 responde a uma vazão em massa e densidade de um material em processo. A eletrônica de medidor 20 é conectada ao conjunto sensor 10 via condutores 100 para fornecer informação de densidade, vazão em massa e temperatura sobre o trajeto 26, assim como outras informações. O conjunto sensor 10 inclui flanges 101 e 101', um par de coletores 102 e 102', um par de condutos paralelos 103 (primeiro conduto) e 103’ (segundo conduto), um acionador 104, um sensor de temperatura 106 tal como um detector de temperatura resistivo (RTD) e um par de desvios 105 e 105’, tais como desvios de ímã/bobina, calibradores por deformação, sensores ópticos ou qualquer outro desvio conhecido na técnica. Os condutos 103 e 103’ têm pernas de entrada 107 e 107' e pernas de saída 108 e 108', respectivamente. Os condutos 103 e 103’ se curvam em pelo menos um local simétrico ao longo de seu comprimento e são essencialmente paralelos através de todo seu comprimento. Cada conduto 103, 103’, oscila em torno de eixos W e W', respectivamente.

[051] As pernas 107, 107', 108, 108' dos condutos 103,103’ são fixamente ligadas a blocos de montagem de conduto 109 e 109' e estes blocos, por sua vez, são fixamente ligados aos coletores 102 e 102'. Isto proporciona um trajeto de material fechado contínuo através do conjunto sensor 10.

[052] Quando os flanges 101 e 101' são conectados a uma linha de processo (não mostrada) que carrega o material de processo que está sendo medido, material entra em uma primeira extremidade 110 do medidor de fluxo 5 através de um primeiro orifício (não visível nas vistas da Figura 3) no flange 101 e é conduzido através do coletor 102 para o bloco de montagem de conduto 109. Dentro do coletor 102, o material é dividido e encaminhado através de condutos 103 e 103’. Ao sair dos condutos 103 e 103’, material de processo é recombinado em uma única corrente dentro do coletor 102' e é depois disso encaminhado para sair por uma segunda extremidade 112 conectada por flange 101' à linha de processo (não mostrada).

[053] Condutos 103 e 103’ são selecionados e apropriadamente montados nos blocos de montagem de conduto 109 e 109' de modo a ter substancialmente os mesmos, distribuição de massa, momentos de inércia e módulos de Young em torno de eixos de flexão W--W e W'--W', respectivamente. Uma vez que o módulo de Young dos condutos 103, 103’ varia com a temperatura e esta variação afeta o cálculo de fluxo e densidade, um sensor de temperatura 106 é montado em pelo menos um conduto 103, 103’ para medir continuamente a temperatura do conduto. A temperatura do conduto e, assim, a tensão elétrica que aparece através do sensor de temperatura 106 para uma dada corrente elétrica passando através dele, são governadas primordialmente pela temperatura do material passando através do conduto. A tensão dependente da temperatura que aparece através do sensor de temperatura 106 é usada em um método bem conhecido pela eletrônica de medidor 20 para compensar a variação de módulo elástico dos condutos 103, 103’ devido a quaisquer variações na temperatura dos condutos 103, 103’. O sensor de temperatura 106 é conectado à eletrônica de medidor 20.

[054] Ambos os condutos 103, 103’ são acionados pelo acionador 104 em sentidos opostos em torno de seus respectivos eixos de flexão W e W', no que é denominado primeiro modo de flexão fora de fase do medidor de fluxo. Este acionador 104 pode compreender qualquer uma de muitas disposições bem conhecidas, tais como um ímã montado no 103’ e uma bobina oposta montada no conduto 103, através de que uma corrente alternada é passada para vibrar ambos os condutos. Um sinal de acionamento apropriado é aplicado pela eletrônica de medidor 20, via o condutor 113, ao acionador 104. Deve ser apreciado que embora a discussão seja dirigida a dois condutos 103, 103’, em outras modalidades, apenas um único conduto pode ser previsto ou mais do que dois condutos podem ser previstos. Está também dentro do escopo da presente invenção produzir múltiplos de sinais acionamento para múltiplos acionadores e para o(s) acionador(s) acionar(em) os condutos em modos diferentes do primeiro modo de flexão fora de fase.

[055] A eletrônica de medidor 20 recebe o sinal de temperatura sobre o condutor 114 e os sinais de velocidade esquerdo e direito que aparecem sobre os condutores 115 e 115’, respectivamente. A eletrônica de medidor 20 produz o sinal de acionamento que aparece sobre o condutor 113 para o acionador 104 e vibra os condutos 103, 103’. A eletrônica de medidor 20 processa os sinais de velocidade esquerdo e direito e o sinal de temperatura para computar a vazão em massa e a densidade do material que passa através do conjunto sensor 10. Esta informação, junto com outras informações, é aplicada pela eletrônica de medidor 20 sobre o trajeto 26 para meios de utilização. Uma explicação da circuitaria da eletrônica de medidor 20 não é necessária para entender a presente invenção e é omitida por brevidade desta descrição. Deve ser apreciado que as descrições das Figuras 1-3 são dadas apenas como exemplos da operação de alguns medidores vibratórios possíveis e não são destinadas a para limitar o ensinamento da presente invenção.

[056] Uma estrutura de medidor de fluxo Coriolis é descrita embora será evidente para os versados na técnica que a presente invenção poderia ser, como assinalado acima, praticada sobre um densitômetro de tubo ou garfo vibratório sem a capacidade de medição adicional prevista por um medidor de fluxo de massa Coriolis. Além do mais, o termo membro vibrante ou vibratório pode se referir aqui, a condutos.

[057] Para densitômetros de membro vibratório 200 obterem medições de densidade precisas, a frequência ressonante deve ser idealmente estável. Uma abordagem para conseguir a estabilidade desejada é vibrar o membro vibratório 204 em um modo de vibração radial. Em um modo de vibração radial, o eixo longitudinal do membro vibratório permanece essencialmente estacionário, enquanto pelo menos uma parte da parede do membro vibratório sofre translação es e/ou gira para fora a partir de sua posição de repouso. Modos de vibração radial tendem a ser auto balanceáveis e assim, as características de montagem do membro vibratório não são tão críticas em comparação com alguns outros modos de vibração. Porém, outros modos de vibração são contemplados para as modalidades.

[058] Será bem entendido que quando há duas fases de fluido com diferentes densidades presentes em um densitômetro vibratório, há desacoplamento que ocorre entre estas duas fases e que o desacoplamento é função da diferença de densidade da fase portadora (líquida neste caso) e a fase de partícula (sólida) e o tamanho de partícula, junto com a viscosidade da fase portadora e a frequência de vibração do tubo. Este amortecimento é um método de detecção altamente sensível da presença de duas fases. Este amortecimento se apresenta em densitômetros se membro vibratório tanto em ganho de acionamento quanto em amplitude de desvio. No caso de gás em um processo líquido, por exemplo sem limitação, o ganho de acionamento se eleva rapidamente de cerca de 2-5% a aproximadamente 100%.

[059] O efeito combinado de amortecimento sore entrada de energia e a amplitude resultante é conhecido como ganho de acionamento estendido, que representa uma estimativa de quanta potência seria requerida para manter a amplitude de vibração visada, se mais do que 100% de potência estiverem disponíveis: Ganho de acionamento Estendido = Ganho de acionamento *

[060] Deve ser notado que, para fins das modalidades aqui apresentadas, o termo ganho de acionamento pode, em algumas modalidades, se referir a corrente de acionamento, a tensão de desvio, ou qualquer sinal medido ou derivado que indica a quantidade de potência necessária para acionar o medidor a uma amplitude particular. Em modalidades relacionadas, o termo ganho de acionamento pode ser expandido para englobar qualquer métrica utilizada para detectar fluxo multifásico, tal como níveis de ruído, desvio padrão de sinais, medições relacionadas a amortecimento e quaisquer outros meios conhecidos na técnica para detectar fluxo de fase mista. Em uma modalidade, estas métricas podem ser comparadas através dos sensores de desvio a fim de detectar uma fase mista.

[061] Os membros vibratórios consomem muito pouca energia para se manter vibrando na sua primeira frequência ressonante, desde que todo o fluido no medidor seja homogêneo com relação à densidade. No caso do fluido consistindo de dois (ou mais) componentes imiscíveis de diferentes densidades, a vibração do tubo vai causar deslocamento de diferentes magnitudes de cada um dos componentes. Esta diferença de deslocamento ou desacoplamento e a magnitude deste desacoplamento foi mostrada ser dependente da razão das densidades dos componentes assim como o número de Stokes inverso: onde ω é a frequência de vibração, v é a viscosidade cinemática do fluido e r é o raio da partícula. Deve ser notado que a partícula pode ter uma densidade mais baixa do que o fluido, como no caso de uma bolha.

[062] O desacoplamento que ocorre entre os componentes causa a ocorrência de amortecimento na vibração do tubo, requerendo mais energia para manter a vibração, ou reduzir a amplitude de vibração, para uma quantidade fixa de entrada de energia.

[063] Figura 4 é um diagrama de bloco da eletrônica de medidor 20 de acordo com uma modalidade. Em operação, os medidores de densidade 5, 200 fornecem vários valores de medição que podem ser emitidos incluindo um ou mais de um valor medido ou rateado de densidade, vazão em massa, vazão em volume, vazões em massa e em volume de componente individual e vazão, incluindo, por exemplo, fluxo em volume e massa de componentes de fluxo individuais.

[064] Os medidores de densidade 5, 200 geram uma resposta vibracional. A resposta vibracional é recebida e processada pela eletrônica de medidor 20 para gerar um ou mais valores de medição de fluido. Os valores podem ser monitorados, registrados, salvos, totalizados e/ou emitidos.

[065] A eletrônica de medidor 20 inclui uma interface 301, um sistema de processamento 303 em comunicação com a interface 301 e um sistema de armazenamento 304 em comunicação com o sistema de processamento 303. Embora estes componentes sejam mostrados como blocos distintos, deve ficar entendido que a eletrônica de medidor 20 pode ser composta de várias combinações de componentes integrados e/ou discretos.

[066] A interface 301 pode ser configurada para acoplar aos 100, 211 e trocar sinais com o acionador 104, 202, sensores de desvio/ vibração 105, 105', 209 e sensores de temperatura 106, por exemplo. A interface 301 pode ser ainda configurada para se comunicar sobre o trajeto de comunicação 26, tal como para dispositivos externos.

[067] O sistema de processamento 303 pode compreender qualquer modo de sistema de processamento. O sistema de processamento 303 é configurado para recuperar e executar e rotinas armazenadas a fim de operar os medidores 5, 200. O sistema de armazenamento 304 pode armazenar rotinas incluindo uma rotina geral de medidor 305 e uma rotina de ganho de acionamento 313. O sistema de armazenamento 304 pode armazenar medições, valores recebidos, valores de operação e outras informações. Em algumas modalidades, o sistema de armazenamento armazena um fluxo de massa (m) 321, uma densidade (p) 325, um limiar de densidade 326, uma viscosidade (μ) 323, uma temperatura (T) 324, uma pressão 309, um ganho de acionamento 306, um limiar de ganho de acionamento 302 e quaisquer outras variáveis conhecidas na técnica. As rotinas 305, 313 podem compreender qualquer sinal notado assim como outras variáveis conhecidas na técnica. Outras rotinas de medição/processamento são contempladas e estão dentro do escopo da descrição e das reivindicações.

[068] A rotina geral de medidor 305 pode produzir e armazenar quantificações de fluido e medições de fluxo. Estes valores podem compreender valores de medição substancialmente instantâneos ou podem compreender valores totalizados ou acumulados. Por exemplo, a rotina geral de medidor 305 pode gerar medições de fluxo de massa e armazenar as mesmas no armazenamento de fluxo de massa 321 do sistema de armazenamento 304, por exemplo. Similarmente, a rotina geral de medidor 305 pode gerar medições e densidade e armazenar as mesmas no armazenamento de densidade 325 do sistema de armazenamento 304, por exemplo. Os valores de fluxo de massa 321 e densidade 325 são determinados a partir da resposta vibracional, como previamente discutido e como conhecido na técnica. O fluxo de massa e outras medições podem compreender um valor substancialmente instantâneo, podem compreender uma amostra, podem compreender um valor rateado através de um intervalo de tempo ou podem compreender um valor acumulado através de um intervalo de tempo. O intervalo de tempo pode ser escolhido para corresponder a um bloco de tempo durante o qual certas condições de fluido são detectadas, por exemplo, um estado de fluido somente líquido, ou alternativamente, um estado de fluido incluindo líquidos, gás arrastado, e/ou sólidos e ou solutos. Além disso, outras quantificações de fluxo de massa e volume e relacionadas são contempladas e estão dentro do escopo da descrição e das reivindicações.

[069] Um limiar de ganho de acionamento 302 pode ser usado para distinguir fluxo em fase mista e monitorar dissolução de soluto. Similarmente, um limiar de densidade 326 aplicado à leitura de densidade 325 pode também ser usado, separadamente ou em conjunto com o ganho de acionamento, para distinguir fluxo em fase mista e dissolução de soluto. O ganho de acionamento 306 pode utilizado como uma métrica para a sensibilidade do conduto do medidor 5, 200 ou vibração do membro vibratório para a presença de fluidos de vários estados de dissolução de soluto, por exemplo sem limitação.

[070] Em uma modalidade ilustrada pela Figura 5, um processo e sistema 400 para monitorar operações de mistura em batelada compreende um medidor de densidade 5, 200 sobre um laço de recirculação 402 de um vaso 404. Fluido pode ser propelido por uma bomba ou dispositivo similar de modo tal que fluido recircula através do vaso 404, do laço de recirculação 402 e do medidor de densidade 5, 200. À medida que ingredientes são sequencialmente adicionados à solução, a variação de densidade da solução dá uma indicação de quando e de quanto ingrediente é adicionado. Este método assegura que nenhuma etapa na receita está faltando e/ou que nenhum ingrediente é deixado fora da batelada. Um dos outros aspectos do processo é a verificação de que um ingrediente adicionado é totalmente dissolvido antes da adição do próximo ingrediente à solução. Adicionalmente, a verificação de que nenhum sólido não dissolvido permanece em um produto final pode ser monitorada.

[071] Deve ser notado que, além da recirculação, transferência da batelada é também contemplada. Por exemplo, fluido pode ser propelido por uma bomba ou dispositivo similar de modo tal que fluido é transferido a partir do vaso 404, através do medidor de densidade 5, 200 e, então, para um segundo vaso. Este método iria proporcionar uma medida de controle de qualidade, que poderia assegurar que nenhuma etapa na receita está faltando e/ou que nenhum ingrediente é deixado de fora de uma batelada. Um exemplo, dado sem limitação, seria para bebidas onde o produtor desejasse minimizar a quantidade de sólidos presentes em recipientes de varejo. Instalar um medidor de densidade 5, 200 para monitorar sólidos próximo a uma máquina de enchimento/distribuidor, ou na saída de um tanque de armazenamento onde os sólidos tivessem se assentado, é uma alternativa para a instalação de recirculação descrita aqui.

[072] Voltando à Figura 6, um gráfico mostra um exemplo de como o ganho de acionamento é utilizado para detectar a presença de sólidos em uma solução por monitoramento do ganho de acionamento. No gráfico exemplificativo fornecido, soluto é adicionado em três pontos, A, B e C. O ganho de acionamento aumenta bruscamente quando o soluto é adicionado à solução, como indicado por picos que correspondem a adições de soluto A, B e C. Isto é também acompanhado por elevações correspondentes em densidade. O ganho de acionamento retorna para uma linha de base estável, a, b, c, depois da formação de pico e isto indica que o soluto é solubilizado. Deve ser notado que o traço de densidade se estabiliza depois de cada adição de soluto, mas a densidade da solução aumenta globalmente. Em uma modalidade, a detecção de uma linha de base após adição de soluto estável indica que um soluto entrou em solução.

[073] Os picos de ganho de acionamento, A, B, C, são claramente discerníveis. Porém, em uma modalidade, quando a adição de soluto tem um efeito substancial sobre a densidade, de maneira tal como ilustrado, a variação de densidade e/ou estabilidade de densidade podem ser utilizadas como um indicador de dissolução primário, com o ganho de acionamento utilizado como uma variável confirmatória.

[074] Voltando à Figura 7, um soluto tendo um perfil de dissolução diferente daquele ilustrado na Figura 6 é apresentado. Neste exemplo, a adição de soluto em pontos D e E causa um lento aumento do ganho de acionamento se nivela uma vez que o soluto é solubilizado. O ganho de acionamento, então, permanece neste nível mais alto. Mais uma vez, isto pode ser utilizado como uma indicação de dissolução apenas, ou pode ser utilizado como um indicador secundário, junto com a densidade, de que o soluto foi adicionado na quantidade correta e que ele é totalmente dissolvido. Um deslocamento global no ganho de acionamento e densidade nominais indica que o soluto foi adicionado na quantidade correta e o sinal de estabilidade de ganho de acionamento indica que o soluto se dissolveu totalmente.

[075] Os gráficos das Figuras 6 e 7 são fornecidos apenas como exemplos de medições potenciais de adição de soluto. O formato das curvas, intensidade dos picos, declives, retorno para uma linha de ou não, e outras características ilustradas são meramente exemplos. Será reconhecido pelos versados na técnica que diferentes solutos e diferentes soluções vão apresentar formato de curva potencialmente original, formato e tamanho de pico originais, declives originais, retorno(s) original(ais) para a linha de base, combinações originais dos acima mencionados e assinaturas geralmente originais e/ou comportamentos de ganho de acionamento/densidade — muito variados para ilustrar.

[076] Em modalidades, assinaturas de sinal de cada soluto, múltiplas adições do mesmo soluto, e/ou progressão e finalização de receita global são salvas em um sistema de monitoramento e adição de soluto pode ser monitorada e verificada. Isto reduz erro humano e proporciona verificação precisa de que a solução desejada é criada. Cada adição de soluto ou progressão de receita global pode ser pré- programada na eletrônica de medidor ou em um dispositivo em comunicação com a eletrônica de medidor. Em ainda outra modalidade, um algoritmo de aprendizagem em máquina é treinado para reconhecer ingredientes distintos em um processo olhando para assinaturas de densidade e ganho de acionamento, como será entendido pelos versados na técnica. Em uma modalidade, se assinaturas de ganho de acionamento medido e/ou densidade diferem de assinaturas de ganho de acionamento medido e/ou densidade predeterminadas ou aprendidas em máquina por mais do que uma quantidade predeterminada, uma indicação destas pode ser gerada. Tal indicação pode incluir um alarme e/ou uma notificação. Em uma modalidade, a rotina do ganho de acionamento 313 pode ser configurada para realizar análises de ganho de acionamento e adição de soluto como assinalado aqui.

[077] Muitas operações lidam com a mistura de ingredientes secos em um processo líquido, embora a maior parte dos instrumentos analíticos seja empregada para amostragem fora de linha para monitorar a qualidade da batelada. Implementando analíticas de domínio de tempo, o potencial para realizar dissolução e, assim, monitoramento de qualidade, pode ser alcançado com um medidor de densidade de elemento vibratório relativamente barato, ainda que extremamente preciso.

[078] As descrições detalhadas das modalidades acima não são descrições exaustivas de todas as modalidades contempladas pelos inventores como estando dentro do escopo da invenção. De fato, os versados na técnica irão reconhecer que certos elementos das modalidades acima descritas podem ser combinados de vários modos ou eliminados para criar outras modalidades e tais outras modalidades estão dentro do escopo e dos ensinamentos da invenção. Será também evidente para os versados na técnica comuns que as modalidades acima descritas podem ser combinadas no todo ou em parte para criar modalidades adicionais dentro do escopo e dos ensinamentos da invenção.

[079] Assim, embora modalidades específicas da, e exemplos para a, invenção sejam descritos aqui para fins ilustrativos, várias modificações equivalentes são possíveis dentro do escopo da invenção, como os versados na técnica relevante irão reconhecer. Os ensinamentos previstos aqui podem ser aplicados a outros sistemas vibratórios e não apenas para as modalidades descritas acima e mostradas nas figuras em anexo. Consequentemente, o escopo da invenção deve ser determinado a partir das reivindicações que se seguem.

Claims (15)

1. Medidor vibratório (5, 200), compreendendo: um acionador (104, 202); um membro vibratório (103, 103’, 204) vibrável pelo acionador (104, 202); pelo menos um sensor de desvio (105, 105', 209) configurado para detectar vibrações do membro vibratório (103, 103’, 204); eletrônica de medidor (20) compreendendo uma interface (301) configurada para receber uma resposta vibracional do pelo menos um sensor de desvio (105, 105', 209), e caracterizado por: um sistema de processamento (303) acoplado à interface (301) configurada para: medir um ganho de acionamento (306) do acionador (104, 202); e determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação no ganho de acionamento (306).

2. Medidor vibratório (5, 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de processamento (303) é configurado para: medir uma densidade (325) de um fluido; e determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação na densidade (325) do fluido.

3. Medidor vibratório (5, 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de processamento (303) é configurado para: medir uma densidade (325) de um fluido; e determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma combinação de variações no ganho de acionamento (306) e na densidade medida (325) do fluido.

4. Medidor vibratório (5, 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de processamento (303) é configurado para determinar que um soluto adicionado ao fluido é dissolvido de modo substancialmente completo quando um pico de sinal de ganho de acionamento é seguido por um período de estabilização de sinal de ganho de acionamento.

5. Medidor vibratório (5, 200) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o período de estabilização de sinal de ganho de acionamento compreende um nível de sinal que é aproximadamente o nível de sinal observado antes do pico de sinal de ganho de acionamento medido.

6. Medidor vibratório (5, 200) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o período de estabilização de sinal de ganho de acionamento compreende um nível de sinal que é diferente do nível de sinal observado antes do pico de sinal de ganho de acionamento medido.

7. Medidor vibratório (5, 200) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um laço de recirculação (402) em comunicação fluida com o medidor vibratório (5, 200); e um vaso (404) operável para conter o fluido, em que o fluido pode passar através do laço de recirculação (402) e do medidor vibratório (5, 200) antes de retornar ao vaso (404).

8. Método de monitorar dissolução de soluto em uma solução compreendendo as etapas de: adicionar um primeiro soluto a um fluido; expor o fluido a um medidor vibratório; caracterizado por: medir um ganho de acionamento de um acionador do medidor vibratório; e determinar que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação no ganho de acionamento medido.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: medir uma densidade do fluido; e determinar que o soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base em uma variação na densidade do fluido medida.

10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: medir uma densidade do fluido; e determinar que o soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base em variações na densidade medida do fluido e no ganho de acionamento medido.

11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base no ganho de acionamento medido compreende medir um pico de sinal de ganho de acionamento seguido por um período de estabilização de sinal de ganho de acionamento.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o período de estabilização de sinal de ganho de acionamento compreende um período de nível de sinal que é aproximadamente o nível de sinal observado antes do pico de sinal de ganho de acionamento medido.

13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o período de estabilização de sinal de ganho de acionamento compreende um período de nível de sinal que é diferente do nível de sinal observado antes do pico de sinal de ganho de acionamento medido.

14. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de adicionar um segundo soluto ao fluido somente depois que é determinado que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo.

15. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar que o primeiro soluto é dissolvido de modo substancialmente completo com base no ganho de acionamento medido compreende a etapa de comparar o ganho de acionamento medido a um ganho de acionamento predeterminado.