ES2181571B2 - Instrumento de retrodispersion para vigilar los niveles de particulas en una corriente gaseosa. - Google Patents
Instrumento de retrodispersion para vigilar los niveles de particulas en una corriente gaseosa.Info
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Abstract
Un motor de particulas por retrodispersión, de puesta en servicio automática, incluye una fuente pequeña (38) de energía radiante de haz estrecho dirigida al interior de una corriente gaseosa que contiene partículas. Una lente (34), que está montada detrás de la fuente (38) de energía radiante, recoge la energía reflejada hacia atrás en las partículas y la concentra en un fotodetector (48). El haz es dirigido al interior del conducto en un ángulo mayor que el doble de la abertura de haz, minimizado la reflexión en las superficies de la pared opuesta. Fuentes internas de energía radiante son dirigidas periódicamente al detector para verificar la integridad del sistema. La energía dispersada hacia atrás se corrige respecto a la energía reflejada en la pared opuesta de chimenea y respecto a la energía ambiente.
Description
Instrumento de retrodispersión para vigilar los
niveles de partículas en una corriente gaseosa.
La invención se refiere a vigilar la cantidad de
material dividido finamente en una muestra de fluido. más
particularmente, la invención se refiere a vigilar el nivel de
partículas en una corriente gaseosa, por ejemplo, el polvo en una
chimenea o conducto asociado con equipo de control de polución de
cámara de precipitación de polvo. La invención detecta la energía
radiante dispersada hacia atrás como el medio para vigilar los
niveles de partículas.
Las consideraciones ambientales han originado
reglamentos que exigen la vigilancia de partículas en chimeneas y
conductos. Los esfuerzos iniciales de instrumentación consistieron
en transmisómetros. Un transmisómetro es un dispositivo que proyecta
un haz de luz, a través de una corriente gaseosa cargada de
partículas, a un fotodetector. La transmisión de la luz es atenuada
por las partículas. El grado de atenuación se comunica en términos
de porcentaje de opacidad. Un número de estos dispositivos fueron
desarrollados e instalados en chimeneas en Estados Unidos y en otros
países. Estos dispositivos son fiables para la medición de la
opacidad de partículas en una corriente gaseosa cuando la opacidad
supera el 5%. Por debajo del 5% de opacidad, estos instrumentos no
son indicadores fiables de las partículas en corrientes gaseosas
debido a problemas de ajuste óptico y a problemas de validación de
linealidad. Los transmisores industriales son caros, pesados,
voluminosos e inadecuados para la medición de niveles reducidos de
polvo en las chimeneas y conductos pequeños procedentes de equipo de
control de polución de aire industrial, particularmente las
chimeneas y conductos pequeños asociados con equipo de control de
polución del tipo de cámara de precipitación de polvo.
Se han desarrollado instrumentos de dispersión
que miden la presencia de partículas proyectando energía radiante al
interior de la corriente gaseosa y midiendo la energía radiante
dispersada por las partículas. Estos instrumentos no tienen
problemas de ajuste y tienen una relación grande de señal a ruido,
permitiendo la medición de niveles muy bajos de partículas. Estos
instrumentos pueden ser de dispersión lateral, dispersión lateral,
dispersión frontal (hacia delante) o retrodispersión (dispersión
hacia atrás).
Los instrumentos de dispersión lateral proyectan
un haz de energía radiante al interior de la chimenea y recogen la
energía radiante, procedente de una sección del haz, con una lente
que enfoca la energía en un detector. Los instrumentos de dispersión
lateral tienen sensibilidad reducida a la carga creciente de
partículas debido a la opacidad de la corriente gaseosa entre la
sección de haz y la lente receptora. Además, solo se muestrea una
porción pequeña de la chimenea o conducto, produciendo hipótesis
incorrectas de carga de partículas a través de la corriente gaseosa,
a no ser que las partículas estén distribuidas uniformemente (lo que
ocurre raramente).
Los instrumentos de dispersión frontal usan un
haz de láser para proyectar al interior de la corriente gaseosa y
vigilar la luz dispersada hacia delante proceden te de las
partículas. Estos instrumentos tienen una ventaja porque pueden
determinar el tamaño de una partícula a partir del ángulo de la
energía dispersada por la partícula. El volumen de muestra es muy
pequeño, reduciendo la utilidad de esta técnica. Debido a
consideraciones tamaño, peso y coste, los instrumentos de dispersión
frontal no son adecuados para la vigilancia de niveles de polvo en
las chimeneas y conductos pequeños asociados con el equipo de
control de polución de aire industrial.
Los instrumentos de retrodispersión usan un haz
proyectado de energía radiante que se refleja en las partículas y es
devuelta a un detector. No hay atenuación de señal cuando aumenta el
nivel de partículas puesto que el trayecto óptico a cualquier
partícula que refleja energía será claro si el haz proyectado y la
energía reflejada están en el mismo trayecto. Los instrumentos de
retrodispersión usan habitualmente un láser para proyectar energía
adecuada al interior del conducto para garantizar una señal de
retorno. Las reflexiones en la pared opuesta son una preocupación en
el proceso de medición. Muchos de estos instrumentos son
voluminosos, caros y pesados, haciéndolos inadecuados para medir
niveles de partículas en las chimeneas y conductos pequeños
procedentes de equipo de control de polución de aire industrial.
La práctica actual para vigilar el polvo en las
chimeneas y conductos asociados con equipo de control de polución de
tipo cámara de precipitación de polvo es el uso de monitores que
tienen sondas no ópticas que se extienden dentro de chimeneas o
conductos y generan una medición de niveles de partículas mediante
las cargas estáticas que las partículas incidentes imparten a la
sonda. Estos dispositivos tienen la desventaja de ser operativos
sólo para uso donde las partículas que se miden mantienen una carga.
Asimismo, estos dispositivos tienen sensibilidad y precisión
reducidas cuando las superficies de las sondas se ensucian.
Dispositivos de tipo sonda como los descritos anteriormente son
fabricados por Triboflow, Inc. (Estados Unidos de América).
Existe una necesidad de un sistema de vigilancia
óptica que pueda usarse con chimeneas y conductos de diámetros
relativamente pequeños (por ejemplo, menores que 1,5 m
aproximadamente) y teniendo partículas en ellos con niveles de
opacidad que son relativamente bajos (por ejemplo, menores que el
cinco por ciento de opacidad aproximadamente) como es la condición
en el caso de diversos tipos de chimeneas y conductos asociados con
equipo de control de polución, particularmente chimeneas y conductos
asociados con equipo de tipo cámara de precipitación de polvo.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un monitor de partículas por retrodispersión de estado
sólido, peso reducido, bajo coste que supera las dificultades
asociadas con los transmisómetros e instrumentos de dispersión
actuales. El monitor usa un diseño ópticamente eficiente, detectores
eficientes de señales luminosas a digitales, microcontroladores
incrustados, un sistema de purga de aire que no contiene partes
mecánicas móviles y consume menos de 2W. El monitor proporciona
operaciones automáticas de puesta en servicio, margen operativo y
muestreo adecuadas para la medición de partículas en una corriente
gaseosa.
En realizaciones preferidas, el monitor de la
invención establece un haz transmitido de energía radiante dentro de
una corriente gaseosa, que se refleja en las partículas en la
corriente. El monitor incluye óptica que concentra la energía
reflejada en un detector que general una señal representativa de la
cantidad de energía reflejada en las partículas. La fuente de
energía radiante, preferiblemente una fuente de energía infrarroja,
se apaga periódicamente y la salida del detector se vigila respecto
a la energía ambiente. Un diodo emisor de radiación infrarroja de
margen operativo está dispuesto para iluminar periódicamente el
detector y determinar el funcionamiento apropiado del instrumento.
Un microprocesador incrustado pone en servicio el monitor
automáticamente, procesa la señal procedente del detector en modo de
puesta en servicio, modo de luz ambiente, modo de señal y modo de
margen operativo. El microprocesador vigila el estado del
instrumento, controla las funciones de la fuente, el diodo
luminiscente de margen operativo, y determina el nivel de las
partículas.
En una realización, la invención se usa como un
monitor para determinar el fallo del equipo de control de polución
del aire, por ejemplo, bolsas rotas o con fugas en el equipo de
control de polución de cámara de precipitación de polvo. En esta
realización, el monitor de la invención está montado en una chimenea
o conducto y sirve para comparar el nivel de retrodispersión con
niveles establecidos cuando la corriente gaseosa está limpia,
determinar la aceptabilidad en valores establecidos de nivel de
polvo y comunicar los estados de niveles de partículas al operador
del equipo. Se indican cuatro estados usando preferiblemente dos
contactos en el monitor. Ambos contactos cerrados indican que tanto
los niveles de monitor como de partículas son aceptables. Si ambos
contactos están abiertos, el monitor ha fallado o la alimentación
está desconectada. Si sólo un contacto está cerrado, se indica un
aviso de nivel medio o se indica un aviso de nivel alto dependiendo
del contacto.
En otra realización, el monitor se usa como un
monitor másico de partículas donde el microprocesador vigila el
estado del instrumento, controla las funciones de la fuente, el
diodo luminiscente de margen operativo y proporciona una salida de
niveles de partículas y monitor de entrada al sistema de adquisición
de datos del equipo. Las opciones de salidas de señal incluyen
digital, tensión o intensidad de corriente proporcional a la señal
de retrodispersión del instrumento.
Habiéndose expresado algunos de los objetos,
otros objetos aparecerán a medida que prosigue la descripción,
cuando se considera con relación a los dibujos adjuntos, en los
que:
la Figura 1 es una vista en corte transversal del
instrumento como está montado en un conducto;
la Figura 2 es un organigrama que muestra el
funcionamiento y la lógica del monitor usado como un monitor de
cámara de precipitación de polvo que comunica cuatro estados al
operador del equipo;
la Figura 3 es un organigrama similar al de la
Figura 2 para un monitor usado como un monitor de concentración de
masa de partículas que comunica con el sistema de adquisición de
datos del equipo;
la Figura 4 es una representación de la tarjeta
de circuito impreso que monta el fotodetector, el microprocesador y
componentes relacionados;
la Figura 5 es una vista en corte transversal de
la porción de filtro del sistema de purga de aire.
Aunque la presente invención se describirá más
completamente en lo sucesivo con referencia a los dibujos adjuntos,
en los que se muestran aspectos de la manera preferida de poner en
práctica la presente invención, ha de comprenderse al principio de
la descripción siguiente que las personas expertas en las técnicas
apropiadas pueden modificar la invención descrita aquí mientras
sigue consiguiendo los resultados favorables de esta invención. Por
consiguiente, ha de comprenderse que la descripción siguiente es una
exposición didáctica amplia dirigida a personas expertas en las
técnicas apropiadas y no limitadora de la presente invención.
Refiriéndose a los dibujos, y particularmente a
la Figura 1, se muestra un monitor 10 de retrodispersiónconstruido
de acuerdo con la presente invención, instalado en una chimenea 14
asociada con equipo de control de polución tal como una cámara de
precipitación de polvo (no mostrada). Como es conocido en la
técnica, la chimenea 14 transporta una corriente gaseosa que debería
tener un nivel bajo de partículas debido al polvo que ha sido
eliminado de la corriente por la cámara de precipitación de polvo.
Sin embargo, cuando una bolsa tiene fugas o se rompe dentro de la
cámara de precipitación de polvo, las partículas en la corriente
gaseosa aumentan a un nivel inaceptable y es esencial que el
operador del equipo sea notificado inmediatamente de este estado por
una señal procedente del monitor 10.
El monitor 10 está montado en la chimenea 14 por
medios convencionales conocidos en la técnica, por ejemplo mediante
la provisión de una ventana 18 en el lado de la chimenea 14 y
acoplando elementos de pestaña (no mostrados) que están situados
alrededor de la ventana 18 y en el monitor 10. Preferiblemente, el
monitor 10 está montado de modo que su eje longitudinal está
orientado en un ángulo A_{1} con la chimenea que está en el
intervalo de 100 a 110 grados aproximadamente, con un ángulo de 102
grados aproximadamente habiéndose encontrado deseable. Como se trata
con más detalle después, la orientación angular del monitor 10 ayuda
a proyectar el haz radiante al interior de la chimenea en un ángulo
de proyección que minimiza la reflexión de energía radiante en la
pared opuesta W de chimenea de vuelta al monitor. Más
particularmente, el haz de energía radiante es dirigido
preferiblemente al interior de la chimenea 14 en un ángulo mayor que
el doble de la abertura de haz para minimizar los efectos de la
reflexión en la superficie de pared opuesta.
El monitor 10 incluye una porción 22 de cuerpo
principal cilíndrico de plástico o metal, y otro material adecuado.
Una porción 26 de tapa está sujeta separablemente a la porción 22 de
cuerpo principal por sujeciones de tipo enganche, una conexión
roscada u otra conexión adecuada. La porción 22 de cuerpo principal
incluye un pasaje central 30 abierto al interior de la chimenea 14 y
abierto al interior de la tapa 26. Una lente 34 está montada en el
pasaje 30. Una fuente de energía radiante está dispuesta en forma de
un diodo 38 emisor de luz infrarroja (IRED) que, en la realización
ilustrada, está fijado al centro de la lente 34. La fuente puede
adoptar otras formas tal como óptica de fibras. El diodo 38 emisor
de radiación infrarroja dirige una proyección cónica de ángulo
pequeño de energía infrarroja al interior de la chimenea 14. El
ángulo A_{2} de proyección está preferiblemente en el intervalo de
5 a 20 grados aproximadamente, con un ángulo de 10 a 15 grados
aproximadamente habiéndose encontrado adecuado. Para uso en un
ambiente de chimenea pequeña (por ejemplo, menor que 1,5 m de
diámetro aproximadamente) en una instalación tal como una cámara de
precipitación de polvo, el diodo 38 emisor de radiación infrarroja
puede ser un dispositivo de 0,081 mA en una longitud de onda en el
infrarrojo próximo. Un diodo emisor de radiación infrarroja adecuado
para este fin es el modelo número CLE-335 fabricado
por Clairex de Plano, Tejas (Estados Unidos de América).
Se apreciará que en la realización ilustrada todo
el monitor 10 está montado en la chimenea 14 en el ángulo A_{1}
mencionado para proporcionar la dirección deseada de entrada para el
haz radiante que está centrado a lo largo del eje longitudinal del
monitor 10. Sin embargo, el monitor 10 también puede estar
construido tal que el haz no irradia a lo largo del eje longitudinal
del monitor, cuyo caso el monitor estaría montado consiguientemente
en la chimenea.
El monitor 10 también incluye una tarjeta 42 de
circuito impreso situada dentro de la tapa 26. La tarjeta 42 de
circuito impreso está montada convencionalmente mediante cuatro
patillas 44 sujetas a la porción 22 de cuerpo principal. La tarjeta
42 de circuito monta un fotodetector 48 de radiación infrarroja, de
estado sólido, situado en el foco de la lente 34, y un
microcontrolador incrustado 52, así como otros componentes tratados
después. El fotodetector 48 es preferiblemente un fotodetector
positivo-intrínseco-negativo (PIN)
de silicio, de estado sólido, modelo número 235 o 245, fabricado por
Texas Instruments (Estados Unidos de América). El microcontrolador
52 puede adoptar la forma de un microcontrolador modelo número
BS-2 fabricado por Parallax, Inc. (Estados Unidos de
América).
El modo de retrodispersión de detección de
partículas por el monitor 10 funciona como sigue: La energía
infrarroja radiante emitida por el diodo 38 emisor de radiación
infrarroja es proyectada al interior de la corriente gaseosa de la
chimenea 14 en un ángulo y con una abertura de haz como se describió
anteriormente. La energía infrarroja que se refleja en la pared
opuesta W de chimenea se refleja de retorno predominantemente por
encima de la ventana 18 debido a la colocación indicada del monitor
10 en el ángulo A_{1}. La energía radiante que se refleja o
dispersa hacia atrás en las partículas dentro de la corriente
gaseosa en la chimenea 14 y que entra en el pasaje 30 es recogida
por la lente 34 y enfocada en el fotodetector 48. La amplitud de la
respuesta del detector es determinada por la suma de la energía
luminosa reflejada en la materia de las partículas, la energía
reflejada en la pared opuesta de chimenea y cualquier energía
radiante reflejada al interior del sistema desde el exterior. La
señal es digitalizada, preferiblemente por un convertidor de
amplitud a frecuencia dentro del fotodetector 48.
En un empleo preferido del monitor lo como un
monitor de cámara de precipitación de polvo, el microprocesador 52
comunica uno de cuatro estados al operador del equipo según un
programa almacenado en el microcontrolador. La Figura 2 es un
organigrama que muestra como los cuatro estados se determinan y
comunican al operador del equipo de acuerdo con el nivel de
partículas incidentes en el fotodetector. Refiriéndose a la Figura
2, después de que el monitor 10 está instalado en la chimenea 14,
los dos contactos de interruptores (tratados después) se conectan al
sistema de datos del equipo, y se aplica la alimentación, y el
microprocesador pregunta por la existencia de un puente externo de
conexión a tierra. Si el puente de conexión está en su lugar, el
instrumento entra en el modo de puesta en marcha.
En el modo de puesta en marcha, el diodo 38
emisor de radiación infrarroja de fuente y el diodo 51 emisor de
radiación infrarroja de margen operativo están desactivados. En este
modo, el fotodetector 48 sólo está recibiendo la energía infrarroja
ambiente en la chimenea. La señal generada por el fotodetector
depende en intensidad corriente del nivel de energía infrarroja. La
intensidad de corriente es convertida en tensión por un amplificador
de transimpedancia y en frecuencia dentro del fotodetector Así, la
frecuencia depende del nivel de energía infrarroja recibida desde el
conducto. Este valor se almacena en memoria RAM de
escritura-lectura como un valor oscuro variable
declarado. A continuación, el diodo 38 emisor de radiación
infrarroja de fuente es activado por el microprocesador. Como la
chimenea está libre de polvo durante la puesta en marcha, la única
energía infrarroja reflejada de retorno al fotodetector procede de
la pared opuesta de la chimenea. La salida del fotodetector se
almacena como ``pared''. El microprocesador resta el valor oscuro
del valor de pared para determinar el nivel de energía reflejada en
la pared opuesta y almacena este valor como pared en una memoria
EEPROM de sólo lectura programable, eléctricamente borrable. El
programa vuelve por bucle al principio para comprobar el estado del
puente de conexión. El programa permanecerá en modo de puesta en
marcha hasta que se suprime el puente de conexión.
Después de que se suprime el puente de conexión
(por ejemplo, cortando simplemente el puente/conductor) que puede
estar situado en la regleta 57 de terminales, el programa se mueve a
las funciones de comprobación de intervalo y margen operativo.
El instrumento determina ahora el nivel oscuro a
través del conducto con los diodos emisores de radiación infrarroja
de fuente y de margen operativo desactivados. Este se almacena como
un valor oscuro variable en la memoria RAM de
escritura-lectura. A continuación, el interruptor de
margen operativo 1 se desactiva alimentando el diodo de margen
operativo a través de un resistor. El valor de resistor determina la
intensidad de corriente y la salida de energía de margen operativo
1. Valores típicos de resistor de margen operativo 1 son 1.000
ohmios. El detector detecta el valor de margen operativo 1 y
proporciona una señal de frecuencia al microprocesador. Entonces, el
programa resta el valor oscuro de la señal de margen operativo 1 y
compara la diferencia con un valor predeterminado para validar la
calibración de sensor. Este paso se repite para un resistor
diferente (2.000 ohmios típicamente) para proporcionar un nivel
inferior de margen operativo. Nuevamente, la diferencia entre valor
oscuro y margen operativo 2 se compara con un número predeterminado
para validar un punto de calibración central para el
instrumento.
Si cualquiera de los niveles de márgenes
operativos es inaceptable, los interruptores de salida uno y dos se
desconectan y el diodo luminiscente 55 en la cara del monitor
parpadea muy lentamente, indicando fallo de instrumento. El programa
vuelve por bucle a puesta en marcha. Mientras un fallo de margen
operativo esté presente, el bucle continuará.
Si los niveles de márgenes operativos son
aceptables, se sigue el trayecto principal de programa (hacia abajo,
Figura 2).
Si todos los estados operacionales son
aceptables, el monitor muestrea el nivel de polvo. El monitor
comprueba nuevamente el nivel oscuro actual desactivando todos los
diodos de radiación infrarroja de fuente y de margen operativo y
detectando el nivel en el conducto. La fuente de radiación
infrarroja se enciende, proyectando energía infrarroja al interior
del conducto donde se refleja en partículas y en la pared. Alguna
energía (oscura) también puede entrar en el instrumento desde el
conducto. Se recupera el valor de pared en memoria EEPROM. El valor
oscuro y el valor de pared se restan de la salida del detector para
proporcionar un valor de polvo. El valor de polvo se compara con
normas predeterminadas. Hay tres posibilidades. La primera es que el
nivel de polvo sea alto indicando un nivel excesivo de polvo. En
este caso, uno de los interruptores se desconecta, el otro
interruptor se conecta y el diodo luminiscente indicador 55
centellea rápidamente. La segunda es que el nivel de polvo sea
ligero indicando un nivel moderado de polvo. En este caso, los
estados de interruptores se invierten y el diodo luminiscente
indicador 55 centellea lentamente. Si casi no hay polvo presente,
ambos interruptores se conectan y el diodo luminiscente indicador 55
se enciende en un estado permanente. En cualquiera de los tres
casos, el instrumento mantiene los estados de interruptores durante
un período breve de tiempo (10 segundos aproximadamente) y el
programa vuelve por bucle a la comprobación inicial del puente de
conexión, etc.
La Figura 3 es un organigrama similar al de la
Figura 2, pero mostrando el funcionamiento y la lógica de monitor
cuando se usa como un monitor de masa de partículas. Refiriéndose a
la Figura 3, después de que el monitor 10 está instalado en la
chimenea 14, los dos contactos de interruptores se conectan al
sistema de datos del equipo, y se aplica la alimentación, y el
microprocesador pregunta por la existencia de un puente extremo de
conexión a tierra. Si el puente de conexión está en su lugar, el
instrumento entra en el modo de puesta en marcha.
En el modo de puesta en marcha, el diodo 38
emisor de radiación infrarroja de fuente y el diodo 51 emisor de
radiación infrarroja de margen operativo están apagados. En este
modo, el fotodetector sólo está recibiendo la energía infrarroja
ambiente en la chimenea. La señal generada por el fotodetector
depende en intensidad de corriente del nivel de energía infrarroja.
La intensidad de corriente es convertida en tensión por un
amplificador de transimpedancia y en frecuencia dentro del
fotodetector. Así, la frecuencia depende del nivel de energía
infrarroja recibida desde el conducto. Este valor se almacena en
memoria RAM de escritura-lectura como ``valor
oscuro'' variable declarado. A continuación, el diodo 38 emisor de
radiación infrarroja de fuente es activado por el microprocesador.
Como la chimenea está libre de polvo durante la puesta en marcha, la
única energía infrarroja reflejada de retorno al fotodetector
procede de la pared opuesta de la chimenea, La salida de
fotodetector se almacena como ``pared''. El microprocesador resta el
valor oscuro del valor de pared para determinar el nivel de energía
reflejada en la pared opuesta y almacena este valor en una memoria
EEPROM de sólo lectura programable, eléctricamente borrable. El
programa vuelve por bucle al principio para comprobar el estado del
puente de conexión. El programa permanecerá en el modo de puesta en
marcha hasta que se suprime el puente de conexión. Después de que se
suprime el puente de conexión, el programa se mueve a las funciones
de comprobación de margen operativo y de muestreo.
El instrumento determina ahora el nivel oscuro a
través del conducto con los diodos de fuente y de margen operativo
desactivados. Este se almacena como un valor oscuro variable en
memoria RAM de escritura-lectura. A continuación, el
interruptor de margen operativo 1 se activa alimentando el diodo de
margen operativo a través de un resistor. El valor de resistor
determina la intensidad de corriente y la salida de energía de
margen operativo 1. Valores típicos de resistor de margen operativo
1 son 1.000 ohmios. El detector detecta el valor de margen operativo
1 y suministra una señal de frecuencia al microprocesador. Entonces,
el programa resta el valor oscuro de la señal de margen operativo 1
y compara la diferencia con un valor predeterminado para validar la
calibración de sensor. Este paso se repite para un resistor
diferente (2.000 ohmios típicamente) para proporcionar un nivel
inferior de margen operativo. Nuevamente, la diferencia entre el
valor oscuro y el margen operativo 2 se compara con un número
predeterminado para validar un punto de calibración central para el
instrumento.
Si cualquiera de los niveles de márgenes
operativos es inaceptable, una señal digital de fallo de margen
operativo se transmite al sistema de adquisición de datos del
equipo, y el diodo luminiscente en la cara del instrumento parpadea
muy lentamente, indicando fallo del instrumento. El programa vuelve
por bucle a puesta en marcha Mientras un fallo de margen operativo
esté presente, el bucle continuará.
Si los niveles de intervalo son aceptables, se
sigue el trayecto principal de programa (hacia abajo, Figura 3).
Si todas las condiciones operacionales son
aceptables, el monitor muestrea el nivel de polvo. El instrumento
comprueba nuevamente el nivel oscuro actual desactivandotodos los
diodos de radiación infrarroja de fuente y de margen operativo y
detectando el nivel en el conducto. La fuente de radiación
infrarroja se activa, proyectando energía infrarroja al interior del
conducto donde se refleja en las partículas y en la pared. Alguna
energía (oscura) también puede entrar en el instrumento desde el
conducto. Se recupera el valor de pared en memoria EEPROM de sólo
lectura programable, eléctricamente borrable. El valor oscuro y el
valor de pared se restan de la salida del detector para proporcionar
un valor de polvo. El valor de polvo se extrae a un convertidor
digital-analógico para el sistema de adquisición de
datos del equipo. Entonces, el programa vuelve por bucle al
principio, comprobando el puente de conexión, etc.
La Figura 4 es una ilustración de los componentes
electrónicos en la tarjeta de circuito. El componente principal es
el microcontrolador 52 que controla todas las funciones del
instrumento. El microcontrolador se programa usando un ordenador
externo 304 por vía de una interfaz 200 en serie de cuatro
conductores. El microprocesador controla el diodo 38 emisor de
radiación infrarroja de fuente, el diodo 51 emisor de radiación
infrarroja de margen operativo y el diodo luminiscente indicador 55
por vía de una matriz 210 de conmutación. Un puente 212 de puesta en
servicio, externo al instrumento, está conectado a un puerto de
microcontrolador. Los contactos externos (tratados anteriormente)
están situados preferiblemente en la regleta 57 de terminales y
están conectados a la matriz de conmutación a través de los
resistores 300 y 301, como se muestra. La intensidad de corriente al
diodo 51 emisor de radiación infrarroja de margen operativo es
controlada por los resistores 220 y 222. La intensidad de corriente
a través del diodo 38 emisor de radiación infrarroja de fuente es
controlada a través del resistor 226. Cuando el instrumento se usa
en un modo de vigilancia de masa, tres patillas del microcontrolador
salen a un convertidor digital (12 bits) analógico 302 por vía de
una interfaz en serie. A su vez, el convertidor 302 comunica con el
sistema 305 de adquisición de datos del equipo. Un puerto del
microcontrolador 52 tiene un conductor 306 que conecta con el
sistema 305 de adquisición de datos del equipo para suministrar
informes de estado del instrumento tales como fallos de margen
operativo. La salida de señal del fotodetector 48 al
microcontrolador 52 es por vía de una interfaz de tres
conductores.
Refiriéndose a la Figura 5, se muestra la porción
de filtro 118 de un sistema 120 de purga de aire que suministra un
flujo continuo de aire limpio a través de la lente 34 para impedir
una acumulación de materia opaca sobre la superficie de la lente. El
filtro 118 puede estar situado muy próximo al monitor lo, fuera de
la chimenea. En una realización preferida, el sistema 120 de purga
de aire no usa partes móviles y funciona con una corriente de aire
(tiro) creada por la diferencia de presión entre la atmósfera
ambiente y la chimenea. En esta realización, el aire ambiente es
aspirado al interior de la entrada 121 del filtro 118 de aire que
contiene un medio convencional 130 de filtro de aire tal como el
usado para productos de carburadores de automóviles. El aire sale
del medio 130 a una cámara impelente 134 desde la cual circula a
través de un tubo 138. El tubo 138 está conectado con un tubo 139 en
el monitor 10 mediante una manguera flexible (no mostrada). El tubo
138 comunica con un pasaje 142 en la porción de cuerpo principal 22
del monitor. El pasaje 142 comunica con una cavidad anular 146 que
también está formada en la porción de cuerpo principal 22 rodeando
la cara frontal de la lente 34. Varios orificios pequeños 152 (sólo
se muestran dos) se extienden desde la cavidad anular 146 abierta al
interior del pasaje central 30 justamente enfrente de la lente 34 y
sirven para dirigir continuamente corrientes de aire limpio,
aspirado a través del filtro 118, a través de la parte frontal de la
lente. Se apreciará que en los casos donde la diferencia de presión
entre la atmósfera ambiente y la chimenea no produzca un tiro
suficiente, un ventilador o dispositivo soplador puede usarse para
suministrar el flujo de aire limpio a la cara frontal de la lente
34. Alternativamente, puede usarse una fuente de aire comprimido
limpio. En cualquier caso, el aire limpio debería suministrarse
continuamente en una cantidad suficiente para impedir que las
partículas circulando a través de la chimenea 14 contacten con la
lente 34 y se acumulen sobre ella.
Aunque la presente invención se ha descrito en
relación con realizaciones ilustradas, se apreciará que pueden
efectuarse modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance
verdaderos de la invención.
Claims (19)
1. Un instrumento de retrodispersión para vigilar
el nivel de partículas en una corriente gaseosa que circula a
través de una chimenea o conducto, comprendiendo dicho instrumento
de retrodispersión:
una fuente de energía radiante para suministrar
un haz estrecho de energía radiante a través de la chimenea o
conducto, a través de una abertura en la pared de chimenea o
conducto;
una lente situada detrás de la fuente de energía
radiante para recibir la energía radiante dispersada hacia atrás
desde partículas en la chimenea o conducto, y enfocar la energía
radiante en un foco;
estando la fuente de energía radiante posicionada
sobre la lente;
un fotodetector sensible a la banda de energía
radiante emitida por la fuente de energía radiante, estando situado
dicho fotodetector en o cerca del foco de la lente;
medios sensibles a la energía radiante incidente
en el fotodetector para generar una señal representativa de la
intensidad de la energía radiante incidente; y
medios de procesamiento de señal para
proporcionar al operador del equipo una indicación del nivel de
partículas en la corriente gaseosa.
2. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 1, en el que los medios de procesamiento de señal
incluyen medios para generar información referente a estados
discretos de niveles de partículas en la chimenea o conducto.
3. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 2, en el que los estados discretos incluyen un nivel
bajo aceptable, un nivel alto inaceptable y al menos un nivel
medio.
4. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 1, en el que los medios de procesamiento de señal
incluyen medios para generar información referente al nivel real de
partículas en la chimenea o conducto, y comunicar la información a
un sistema de adquisición de datos del equipo.
5. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 1, incluyendo un microcontrolador que proporciona
puesta en servicio automática, en el que se determina y almacena un
valor de pared.
6. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 1, incluyendo un sistema de purga de aire para
dirigir aire limpio a través de la cara de la lente para impedir la
acumulación de partículas sobre la lente.
7. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 6, en el que el sistema de purga de aire no tiene
partes móviles y en el que el aire ambiente es aspirado a través de
un filtro y dirigido a la cara de la lente por una corriente de
aire (tiro) que utiliza la diferencia de presión entre la atmósfera
ambiente y la chimenea o conducto.
8. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 1, en el que la energía radiante se transmite a
través de la chimenea o conducto sin usar una lente externa a la
fuente de energía radiante, y el enfoque de la energía radiante
dispersada hacia atrás en el fotodetector se realiza usando una
lente, de modo que el instrumento tiene una sola lente.
9. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 1, en el que la fuente de energía radiante produce
energía radiante infrarroja.
10. Un método para vigilar los niveles de polvo
en una chimenea o conducto asociado con una instalación de control
de polución de tipo cámara de precipitación de polvo, en el que la
chimenea o conducto tiene un diámetro menor que 1,5 m
aproximadamente y la corriente de fluido en dicha chimenea o
conducto, en funcionamiento normal, tiene una opacidad menor que el
5% aproximadamente, comprendiendo dicho método los pasos de:
establecer un haz estrecho de energía radiante a
través de la chimenea o conducto;
recibir la energía radiante dispersada hacia
atrás en una sola lente que tiene un foco, estando la lente
posicionada detrás de la fuente de energía radiante y asegurada a
ella;
detectar la intensidad de la energía radiante
dispersada hacia atrás en o cerca del foco de la lente;
generar una señal representativa de la intensidad
de la energía radiante en el foco de la lente; y
suministrar al operador del sistema una
indicación del nivel de partículas en la corriente gaseosa.
11. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 1, en el que la fuente de energía radiante está
asegurada a la lente.
12. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 11, en el que la fuente de energía radiante es un
diodo emisor de luz asegurado a la lente.
13. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 11, en el que la fuente de energía radiante es un
diodo emisor de luz infrarroja asegurado al centro de la lente.
14. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 1, en el que el haz de energía radiante es
suministrado a través de la chimenea o conducto bajo un ángulo
A_{1} respecto de la chimenea, estando el ángulo A_{1} en el
intervalo de aproximadamente 100° a 110°.
15. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 14, en el que el ángulo A_{1} es mayor que el
doble de la extensión del haz de energía radiante.
16. El instrumento de retrodispersión de la
reivindicación 1, en el que la fuente de energía radiante, la lente
y el fotodetector están alojados en un cuerpoasegurado al exterior
de la chimenea o conducto en el emplazamiento de una ventana
dispuesta en el costado de dicha chimenea o conducto.
17. El método de la reivindicación 10, que
incluye el paso de dirigir aire limpio a través de la cara de la
lente para impedir una acumulación de partículas sobre la lente
aspirando aire ambiente a través de un filtro y dirigiendo el aire
ambiente a la cara de la lente por medio de un tiro que utiliza la
diferencia de presión entre la atmósfera ambiente y la chimenea o
conducto.
18. El método de la reivindicación 10, en el que
el paso de establecer un haz estrecho de energía radiante a través
de la chimenea o conducto se realiza sin utilizar una lente externa
a la fuente de energía radiante, y el enfoque de la energía
radiante retrodispersada se efectúa utilizando una lente, con lo
que el método se lleva a cabo con una lente solamente.
19. El método de la reivindicación 10, en el que
el paso de establecer un haz estrecho de energía radiante se
realiza con un diodo emisor de luz asegurado a la lente.
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