ES2229960A1 - Sistema automatico para la captacion, pesada y evacuacion de particulas solidas. - Google Patents
Sistema automatico para la captacion, pesada y evacuacion de particulas solidas.Info
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Abstract
Sistema automático para la captación, pesada y evacuación de partículas sólidas, consistente en una cámara de pesada (1) estanca, en cuyo interior se dispone una cubeta (5) sobre la que se recogen las partículas que acceden a la cámara (1) a través de un conducto de entrada (4). Dicha cubeta (5) transmite su peso a un sensor de pesada (7), situado igualmente en el interior de la cámara de pesada (1) sin establecer ningún contacto con las paredes de ésta. Una vez pesada, la muestra es evacuada de la cámara mediante la inyección de aire comprimido. El sistema es de aplicación directa para la determinación del caudal másico de partículas sólidas en conductos de transporte neumático mediante su integración en sistemas automáticos de toma de muestra, proporcionando, adicionalmente una señal que puede ser integrada en lazos de regulación para el control de dicho caudal.
Description
Sistema automático para la captación, pesada y
evacuación de partículas sólidas.
El sistema objeto de patente consiste en un
sistema automático para la captación, pesada y evacuación de
partículas sólidas. Independientemente de su carácter genérico,
dicho sistema es de aplicación directa para la determinación en
continuo del caudal de partículas suspendidas en una corriente de
gas de transporte.
Un ejemplo de dicha aplicación se da en las
centrales térmicas de carbón, donde el combustible es pulverizado
en varios molinos y transportado neumáticamente a través de varios
conductos a los quemadores situados en el hogar de la caldera.
Existen varias normas internacionales para la
obtención de una muestra representativa de estos conductos que
permita obtener, basado en el peso de dicha muestra, el caudal de
carbón alimentado a caldera a través de cada uno de ellos, así
como la distribución de tamaños de dichas partículas u otros
parámetros de interés relativos al funcionamiento y estado de los
molinos.
El sistema objeto de patente puede ser integrado
en equipos automáticos de toma de muestra de partículas basados en
cualquiera de estas normas internacionales, constituyendo un
sistema que permite medir en continuo el caudal másico de sólidos
transportados neumáticamente a través de un conducto de
transporte.
Dentro de este ámbito, la medida proporcionada
puede ser integrada en sistemas de regulación de caudal, ya sea
instalados en los conductos o bien en los propios molinos, para
constituir lazos de control que permitan equilibrar los aportes de
sólido por diferentes conductos y proporcionar una alimentación
uniforme a los equipos situados aguas abajo. En el caso de las
centrales térmicas de carbón, los desequilibrios en los aportes de
combustible a la caldera inciden negativamente en el rendimiento
del grupo, así como en la generación de óxidos de nitrógeno y
escoriaciones localizadas.
Existen numerosos procesos industriales en los
que se requiere el transporte de sólidos a través de conductos por
medio de una corriente de gas de arrastre. Ejemplos de ello se dan
en la industria alimenticia, farmacéutica y, sobre todo, en procesos
de combustión que utilizan algún combustible sólido, como los de
las centrales térmicas, plantas de cemento y altos hornos.
Así como para el caso de gases y líquidos ha
existido tradicionalmente una gran variedad de equipos para la
medida en continuo del caudal másico a través de conductos, para
el caso de sólidos transportados neumáticamente, solamente en los
últimos años se han desarrollado tecnologías prometedoras para la
determinación de este parámetro.
La importancia de la medida del caudal másico de
sólidos depende de cada proceso en particular. Para el caso de
centrales térmicas de carbón, esta medida es de vital importancia
desde el punto de vista del rendimiento y la operación de la
planta, así como desde el punto de vista de la emisión de
contaminantes.
La mayoría de las centrales térmicas de carbón
utilizan sistemas directos de alimentación de combustible. En
dichos sistemas, el carbón u otro combustible sólido es molido en
varios molinos en los que se introduce una corriente de aire
caliente que seca y transporta el carbón a través de varios
conductos a los quemadores situados en el hogar de la caldera. El
número de quemadores alimentados por cada molino varía de una
instalación a otra, oscilando generalmente entre 4 y 6. Los
conductos de transporte desde molinos a quemadores presentan, en
general, distintos trazados y longitudes, así como diferentes
tipos y números de codos o cambios de dirección. Esta diferencia en
la resistencia hidráulica entre los conductos, así como posibles
asimetrías en el flujo en el interior de los molinos o
clasificadores, origina la aparición de importantes desequilibrios
en los aportes de carbón y aire a cada quemador.
Estos desequilibrios influyen negativamente en el
rendimiento y la generación de contaminantes en este tipo de
instalaciones, de tal forma que la existencia de zonas críticas
con una relación aire/carbón inadecuada propicia penalizaciones en
relación a estos importantísimos parámetros. De igual manera, estos
desequilibrios pueden generar zonas fuertemente reductoras que
hacen descender el punto de fusión de las cenizas, facilitando su
deposición sobre los tubos de caldera (escoriación). Este hecho
origina pérdidas importantes por transferencia de calor, y, en
ocasiones, problemas que pueden obligar a parar la instalación con
la consiguiente pérdida de producción.
La práctica común en las centrales térmicas de
carbón para reducir estos desequilibrios consiste en añadir en los
conductos a mecheros orificios de distintos diámetros que
proporcionan pérdidas de carga diferenciales, con vistas a igualar
la resistencia hidráulica entre los distintos conductos.
El equilibrado del flujo en cada conducto se
consigue mediante medidas de aire en pruebas con aire limpio, en
ausencia de carbón. Debido a las peculiaridades del flujo de las
mezclas bifásicas, este equilibrado con aire limpio no asegura el
reparto homogéneo de carbón durante el funcionamiento normal del
molino. Además, los desequilibrios en los caudales de carbón entre
los conductos de un mismo molino varían en magnitud y sentido al
variar la carga de dicho molino, por lo que el ajuste anterior
tiene una eficacia limitada.
Las limitaciones medioambientales de los últimos
años han potenciado el uso de los quemadores de bajo NO_{X} que
minimizan la generación de este contaminante a través del ajuste
de la estequiometría de la llama. El funcionamiento óptimo de este
tipo de quemadores está condicionado por un control ajustado de la
relación aire-carbón.
Todo lo anterior denota la conveniencia de dotar
a estas instalaciones de lazos de control para la regulación de los
aportes de carbón a la caldera. Estos lazos de control deben estar
basados en mecanismos regulables, como compuertas, álabes
directrices, etc., así como en la medida fiable del caudal de
carbón a cada uno de los quemadores.
Existe en la actualidad un amplio abanico de
equipos para la medida del caudal de sólidos transportados
neumáticamente. Estos equipos pueden clasificarse en dos grandes
grupos: equipos extractivos y no-extractivos, en
base a la obtención o no de una muestra procedente de los
conductos.
Los equipos extractivos aspiran una muestra del
sólido transportado en cada conducto. Dicha muestra, tras su
posterior pesada y análisis en laboratorio permite obtener el
caudal másico así como la distribución de tamaños de las
partículas.
Estos equipos están basados, en su mayoría, en
normas internacionales desarrolladas para la toma de muestra de
carbón pulverizado. Estas normas, ASTM D197-87, ISO
9931 y ESI Industry Standard, especifican un método y los
componentes básicos de un equipo de muestreo de carbón pulverizado
en conductos circulares, con el fin último de determinar el caudal
de carbón y la distribución de tamaños de las partículas.
La norma ASTM D197-87 establece
el uso de un equipo manual dotado de una sonda provista de una
única boquilla que es llevada a distintas posiciones a lo largo de
dos diámetros a 90º en una sección transversal del conducto. La
muestra debe ser aspirada a la misma velocidad de la corriente de
aire de transporte (velocidad isocinética). Dicha velocidad de
aspiración debe ser ajustada para no falsear la medida, ya que una
velocidad inferior resulta en una muestra con defecto de finos
mientras que una velocidad superior produce una sobreestimación de
éstos.
El método más usado para el muestreo de
partículas sólidas transportadas neumáticamente es el especificado
en la norma ISO 9931. Esta norma ha sido utilizada como referencia
por varios fabricantes de equipos como M & W Asketeknik,
GEE-EER, INERCO y Mission Instruments. Todos ellos
son equipos manuales que constan de una sonda rotativa provista de
cuatro boquillas de aspiración, cada una de las cuales barre en su
giro el mismo área de la sección transversal del conducto. La
muestra es extraída isocinéticamente por medio del ajuste de la
succión proporcionada por un eyector y es separada de la corriente
de aire por medio de un ciclón.
Este método presenta respecto al anterior una
mejora sustancial en la representatividad de la muestra, siendo
menos sensible a los efectos de segregación de partículas
producidos por perturbaciones del flujo.
Los equipos basados en la norma ESI Industry
Standard utilizan sondas de presión nula que son posicionadas
manualmente en diferentes puntos de la sección transversal del
conducto, aspirando en cada punto a la velocidad isocinética. Como
ejemplo de equipos comerciales que utilizan este método caben
destacar los sistemas SMG-10 y AKOMA. Este método
presenta, respecto a los anteriores, la ventaja de aspirar
isocinéticamente en todos los puntos de la sección, siendo su
principal inconveniente el elevado tiempo necesario para la toma de
la muestra.
Adicionalmente han sido desarrollados otros
equipos que, basados en los métodos anteriormente descritos,
automatizan la toma de la muestra. Un ejemplo de estos equipos es
el APFS desarrollado por M&W Asketeknik (patente W09810266).
Este equipo está basado en la norma ISO 9931 en cuanto a la forma de
la sonda y boquillas de aspiración así como en cuanto a los
elementos constitutivos y principio de funcionamiento. Presenta
como innovación la instalación en cada conducto de sondas que
pueden ser introducidas y retraídas del conducto automáticamente
mediante un mecanismo de cremallera accionado por un motor
eléctrico.
Como versión avanzada del equipo anterior M&W
Asketeknik ha desarrollado el ACFM-2100 que,
utilizando la misma sonda y el mismo mecanismo de accionamiento,
incorpora en una unidad de control un ciclón de separación de
partículas conectado a un sistema en continuo para inferir la
cantidad de muestra extraída durante el muestreo. Este sistema
consiste en una cámara cilíndrica que durante la toma de muestra se
llena hasta un determinado nivel. Un sensor óptico detecta el nivel
de partículas alcanzado en la cámara y, por tanto, el volumen de
muestra extraído. El caudal de sólidos en el conducto es inferido
conociendo la densidad aparente de las partículas.
Este sistema presenta el inconveniente de
producir un resultado por medio de una medida indirecta del peso de
las partículas a través de la determinación del volumen de la
muestra. Esto puede producir importantes errores en el caso de
cambios en la densidad del sólido o distribución de tamaños de las
partículas, requiriendo ajustes continuos del equipo para el
aseguramiento de la calidad de la medida.
El otro grupo de equipos para la medida de caudal
másico de partículas está constituido por los sistemas no
extractivos, que han experimentado en los últimos años un
importante avance en su desarrollo. Estos sistemas están basados en
la medida de alguna propiedad física de la corriente bifásica
relacionada con la concentración de las partículas. Además de
métodos basados en principios electrostáticos, acústicos y
mecánicos, todas las regiones del espectro electromagnético, desde
rayos gamma a las microondas, han sido utilizadas para el
desarrollo de estos sensores.
Estos medidores presentan el inconveniente de ser
poco exactos y precisos, debido a que son sensibles a parámetros
tales como el contenido en humedad de la mezcla, el tamaño de las
partículas y los fenómenos de segregación en los conductos. Además
precisan una calibración periódica mediante medidas comparativas
realizadas con métodos extractivos y no permiten la obtención de
una muestra para el posterior análisis en laboratorio.
Todo ello hace que en la actualidad ninguna de
estas tecnologías haya logrado la robustez necesaria para su
implantación a gran escala en la industria.
La presente invención se refiere a un sistema
automático para la captación, pesada y evacuación de partículas
sólidas que accedan a dicho sistema previa separación de una
corriente de gas por medio de un ciclón, o bien por gravedad, a
través de dispositivos tales como tolvas, embudos, cámaras de
almacenamiento, etc.
Como aplicación directa del citado sistema cabe
destacarse su utilización en conjunción con cualquier sistema de
muestreo isocinético de partículas sólidas en conductos de
transporte neumático. Dichos sistemas de muestreo pueden estar
basados en cualquiera de las normas existentes relativas a la toma
de muestra de dichas partículas, ASTM D197-87, ISO
9931 o ESI Industry Standard, contemplándose su aplicación a
cualquier sistema que suponga una automatización de los equipos y
procedimientos descritos en dichas normas.
En este campo de aplicación, el sistema permite
la obtención, de forma automatizada, de una pesada precisa de la
muestra extraída que permite determinar el caudal másico de dichas
partículas en la corriente de transporte en función de: el número
y área de las boquillas de muestreo, la velocidad de aspiración de
la muestra, el área del conducto de transporte y el tiempo de toma
de muestra.
Además de proporcionar la medida de caudal, el
sistema permite la evacuación de la muestra para una nueva pesada
devolviéndola al conducto de donde se extrajo o bien
transportándola hacia un recipiente para su posterior análisis en
laboratorio.
Por tanto, el sistema conjunto constituye un
medidor en continuo del caudal másico de partículas sólidas en los
conductos de transporte neumático.
El sistema consiste básicamente en una cámara con
un orificio en su parte superior por donde caen las partículas. En
el interior de dicha cámara se dispone una cubeta dentro de la
cual se recogen las partículas de sólidos que acceden a la cámara.
La cubeta descansa libremente sobre un sensor de pesada sin hacer
ningún contacto con las paredes de la cámara que pudiera transmitir
parte del peso de las partículas a dichas paredes con el
consiguiente error en la medida.
La cámara de pesada dispone de uno o varios
conductos para la entrada de aire comprimido que permite la
evacuación de la muestra a través de varios conductos de salida,
de manera que, sin someter el sensor de pesada a sobrepresiones que
dañen su funcionamiento, se garantiza la total extracción de las
partículas de la cubeta y al mismo tiempo la limpieza de la cámara
de pesada, evitándose la acumulación de partículas en su interior
que podría afectar a la medida del sensor.
El sistema descrito proporciona una medida
directa de la masa de las partículas recogidas, suponiendo este
hecho una ventaja respecto a los existentes en la actualidad
instalados en equipos automáticos de muestreo isocinético, basados
en la medida por medio de sensores ópticos del volumen de muestra
recogido. Esta medida es relacionada directamente con el caudal
másico de partículas en el conducto independientemente de la
naturaleza de dichas partículas, su distribución de tamaños y su
densidad aparente. Por tanto, no precisa de ajustes adicionales
para inferir el caudal de partículas, cuando se produce un cambio
en las características de éstas.
Respecto a los medidores en continuo no
extractivos mencionados en el apartado anterior, el sistema
descrito presenta las siguientes ventajas:
- -
- Permite la obtención de una muestra de las partículas. Dicha muestra puede ser llevada a un laboratorio para la determinación de importantes parámetros tales como la humedad y la distribución de tamaños de partículas, así como sus características físicas y químicas.
- -
- Proporciona mayor exactitud en los resultados, al estar basado en una medida directa de la masa recogida según un método de referencia.
- -
- No necesita calibración, mediante medidas comparativas. Los medidores no extractivos realizan una medida indirecta que relacionan con el caudal de partículas por medio de calibraciones laboriosas utilizando sistemas manuales de referencia. En este sentido, el sistema descrito, asociado a equipos automáticos portátiles de muestreo, permite la ejecución automatizada de las rutinas de calibración de estos medidores.
- El sistema precisa únicamente la calibración del sensor de pesada que puede llevarse a cabo durante actividades periódicas de mantenimiento, por medio de masas patrón.
La presente invención es de aplicación a
cualquier sistema de transporte neumático de sólidos. En
particular, en centrales térmicas de carbón pulverizado,
permitiendo detectar desequilibrios en los aportes de carbón entre
los distintos quemadores de la caldera. Así mismo proporciona una
señal que puede ser integrada en los lazos automáticos de control
de los molinos para el ajuste óptimo de las condiciones de
operación del grupo, así como en lazos específicos de control de los
caudales de sólido basados en sistemas de regulación tales como
compuertas, deflectores de flujo o álabes directrices instalados
en los propios conductos o bien en el interior de los molinos o
clasificadores.
Para una mejor comprensión de cuanto queda
descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos en los
que, tan sólo a título de ejemplo, se representan algunas
variantes de realización del sistema.
En la Figura 1 se presenta un esquema del sistema
automático de captación, pesada y evacuación, en el que se muestra
la cámara de pesada (1), en cuyo interior se dispone una cubeta
(5) que, sin hacer contacto con las paredes de la cámara (1),
recoge las partículas sólidas que acceden a través del conducto de
entrada (4). Dicha cubeta (5) descansa sobre un sensor de pesada
(7) conectado a un transmisor (11) que genera una señal de
4-20 mA en función del peso sobre el sensor. En
dicha figura se muestran los conductos en entrada de aire
comprimido (14) así como los conductos de salida (15) que permiten
la evacuación de la muestra una vez ésta ha sido pesada.
La Figura 2 muestra el sistema automático de
captación, pesada y evacuación integrado en un sistema automático
de toma de muestra de partículas sólidas basado en la norma ISO
9931. El sistema conjunto constituye un sistema en continuo de
medida del caudal de sólidos en los conductos de transporte
neumático. En la figura se muestra una sonda rotativa (19) que
puede ser introducida o retraída del conducto (18) por medio de un
cilindro neumático sin vástago (23).
La muestra aspirada circula a través de un ciclón
(28) donde se separan las partículas de la comente gaseosa, cayendo
por gravedad a la cámara de pesada (1). Una vez la muestra es
pesada es evacuada a un recipiente para su análisis en laboratorio
o bien es retornada al conducto (18).
La Figura 3 muestra un detalle del sistema de
extracción de un posible equipo automático de toma de muestra de
partículas sólidas. En ella se observa un tubo cilíndrico (20) con
cuatro orificios de 5 mm por los que se extrae la muestra. Dicho
tubo (20) es una variante de las boquillas que especifica la
mencionada norma ISO 9931, presentando la ventaja de ser menos
susceptible a los atascos por sólidos. Así mismo, se muestra el
mecanismo de accionamiento del giro del tubo (20) a través de un
engranaje angular (21), así como la cámara cilíndrica (25) sobre la
que es retraída la sonda mientras no se precise la toma de
muestra.
En la Figura 4 se presenta el esquema básico de
aplicación del sistema automático de captación, pesada y evacuación
a la determinación de la granulometría de la muestra pesada. En
dicho esquema el sistema de evacuación transporta la muestra con
un caudal de transporte conocido a dos ciclones en serie (34) y (35)
cada uno de ellos conectado a un sistema de pesada adicional (36)
y (37). En función del diseño de los ciclones (34) y (35) y de la
fracción de la muestra separada en cada uno de ellos se puede
inferir la granulometría de la muestra original.
El sistema de captación, pesada y evacuación de
partículas sólidas consiste en una cámara de pesada (1) constituida
por una vasija cilíndrica (2) roscada a una tapa (3). La tapa (3)
dispone de un conducto de entrada de las partículas (4) que entran
en la cámara (1) por gravedad y son recogidas en una cubeta (5)
igualmente de simetría cilíndrica y de diámetro exterior 2
milímetros menor que la pared interior de la vasija (2). La cubeta
(5) tiene forma troncocónica por su parte inferior para facilitar
la eliminación de las partículas, y está unida a una plataforma (6)
sujeta por tomillos a una célula de carga (7) dispuesta en la base
de la vasija (2) y soportada sobre la misma en voladizo por dos
tomillos. De esta forma el peso de la muestra recogida se transmite
a la célula de carga (7) conforme la muestra es recogida.
La disposición de la cubeta (5) en el interior de
la cámara (1) compuesta por las piezas (2) y (3) es concéntrica a
éstas, de manera que entre la vasija (2) y la cubeta (5) queda un
espacio en forma de corona circular de 1 milímetro. La altura de la
cubeta (5) es tal que al roscarse a tope la vasija (2) en la tapa
(3) quede un espacio de 1 milímetro entre la base interior de esta
última y la parte superior de la cubeta (5), que es almacenada
para facilitar la entrada de aire para la evacuación de las
partículas.
Así mismo la tapa (3) dispone de un resalte
cilíndrico (8) concéntrico de diámetro tal que entre su cara
exterior y la cara interior de la cubeta (5) quede igualmente un
espacio en forma de corona circular de aproximadamente 1
milímetro.
El conducto de entrada de las partículas (4) se
conecta a una válvula de bola (9) accionada por medio de un
actuador neumático (10) pilotado por una electroválvula de 3 vías.
Dicha válvula de bola (9) se abre durante la entrada de partículas
y, al cerrarse, hace estanca la cámara de pesada (1).
La célula de carga (7) se encuentra conectada a
un transmisor (11) que genera una señal de 4-20 mA
proporcional a la masa depositada sobre la célula (7). Dicho
transmisor (11) se encuentra en el exterior del sistema de pesada,
de manera que el cable de conexión atraviesa la vasija (2) a
través de un sello (12) que asegura la estanqueidad de la cámara
de pesada (1).
La célula de carga (7) está protegida contra
sobreesfuerzos mediante dos topes físicos (13) colocados en un
vástago roscado soportado en la base de la vasija (2) que limitan
la deflexión máxima de la célula (7).
La base de la vasija (2) dispone de dos conductos
de entrada de aire comprimido (14) para la evacuación de la muestra
una vez ésta ha sido pesada. A su vez la tapa (3) dispone
igualmente de dos conductos para la evacuación de la muestra (15)
transportada por el aire de evacuación. Estos conductos (15) entran
en el interior de la cámara de pesada (1) hasta la parte
troncocónica de la cubeta (5), y están conectados a una segunda
válvula de bola (16) con accionamiento neumático que se encuentra
cerrada durante los ciclos de recogida de la muestra, para evitar la
entrada de aire a la cámara de pesada (1).
La secuencia de funcionamiento del sistema de
captación, pesada y evacuación de partículas sólidas descrito
anteriormente es la siguiente:
- -
- Durante la recogida de la muestra la válvula de bola (9) permanece abierta de manera que las partículas son recogidas en la cubeta (5). El laberinto que forman las piezas (2), (3) y (5) dificulta la llegada de partículas a la célula de carga (7) durante la recogida de la muestra.
- -
- Una vez finalizada la captación de las partículas se cierra la válvula de bola (9) tomándose la lectura del transmisor (11) conectado a la célula de carga (7).
- -
- A continuación se procede a la evacuación de la muestra mediante la inyección de aire comprimido a través de los conductos (14) situados en la base de la vasija (2), previa apertura de la válvula (16). Este aire llega a la cubeta (5) a través del espacio laberíntico constituido por las piezas (2), (3) y (5) levantando la masa de partículas y generando un vórtice que facilita su salida a través de los conductos (15).
El aire de evacuación debe ser previamente
filtrado para la eliminación de aceites y gotas de agua
condensadas. Además de servir de medio de evacuación, este aire
cumple adicionalmente las funciones de limpieza de las partículas
que pudieran depositarse sobre las paredes de la cubeta de
recogida (5) así como el secado de la humedad que eventualmente
pudiera condensar sobre dichas paredes procedente de las propias
partículas.
La inyección de aire comprimido por la parte
inferior del sistema evita así mismo la deposición de partículas en
la corona circular comprendida entre la vasija (2) y la cubeta
(5). Dicha deposición de partículas crearía un cierto contacto entre
dichas piezas que evitaría que el peso de las partículas fuera
aplicado completamente sobre la célula de carga (7), produciendo
de esta forma un valor de pesada por defecto. De igual forma el
sistema de evacuación evita la acumulación de polvo en la célula de
carga (7) que pudiera producir su deterioro.
Una aplicación directa del sistema de captación,
pesada y evacuación anteriormente descrito es su integración en
sistemas automáticos de toma de muestra isocinética de carbón
pulverizado en los conductos de transporte a quemadores en
centrales térmicas. En la Figura 2 se muestra, a título de ejemplo,
un sistema integrado para la determinación del caudal másico de
carbón en un conducto.
Dicho sistema consta de una sonda rotativa (19)
similar a la especificada en la norma ISO 9931 con la diferencia de
usar un tubo cilíndrico (20) con cuatro orificios de 5 mm para la
extracción de la muestra, enfrentados a la corriente de aire y
carbón y situados en las posiciones que indica la mencionada norma
respecto al eje del conducto, en función del diámetro de éste.
Dicho tubo cilíndrico (20) gira en torno al eje del conducto (18),
mediante un engranaje angular (21) accionado por un motor eléctrico
(22).
La sonda (19) puede ser introducida y retraída
del conducto (18) por medio de un cilíndrico neumático sin vástago
(23) que es soportado por medio de una estructura soporte (24)
embridada al conducto (18).
Cuando la sonda (19) se encuentra retraída, el
tubo cilíndrico (20) queda alojado en la cámara cilíndrica (25).
Antes del inicio de una secuencia de muestreo se produce un
soplado a través de la sonda, con el objeto de liberar posibles
obstrucciones de los orificios de entrada de la muestra, así como
para limpiar la cámara (25) de posibles depósitos de carbón.
Para posibilitar el flujo de limpieza, la cámara
(25) dispone de un by-pass (26) que la comunica con
el interior del conducto (18) tal y como se muestra en el Figura 3.
A través de dicho by-pass (26) no existe flujo del
conducto (18) hacia la cámara (25) ya que ambos se encuentran a la
misma presión, al ser ésta última estanca respecto al
ambiente.
La sonda (19) está conectada a la unidad de
control (27) donde se encuentra el sistema neumático y la
instrumentación necesaria recogida en la norma ISO 9931 para la
producción de la succión requerida para la aspiración de la muestra.
La velocidad de aspiración de la muestra es calculada en base a
datos relativos a la operación de los molinos como el caudal de
aire de transporte alimentado y la temperatura y presión de la
mezcla aire-carbón en los conductos. Estos datos,
que son monitorizados en la sala de control de la central, son
procesados por un PC que calcula la succión necesaria y envía,
mediante un cable de comunicaciones, la señal correspondiente a un
autómata programable situado en la unidad de control (27). Dicho
autómata establece y controla la velocidad de aspiración
calculada, así como el funcionamiento global del equipo.
Entre la sonda (19) y la unidad de control (27)
se encuentra un ciclón de alta eficacia (28) que separa las
partículas de carbón de la muestra extraída. Las partículas
separadas caen por gravedad al sistema de captación, pesada y
evacuación. Una vez completada la toma de muestra la unidad de
control (27) cierra la válvula neumática (9) y pesa la muestra
recogida. La señal de peso 4-20 mA generada por el
transmisor (11) es enviada al autómata de la unidad de control
(27) para su procesado. Una vez recibida esta señal se produce la
evacuación de la muestra por medio de la introducción de aire
comprimido filtrado procedente de la unidad de control (27). El
caudal de aire de evacuación puede ser regulado por el regulador
(29).
La muestra evacuada puede ser retornada al
conducto de transporte (18), en cuyo caso se abrirá durante la
evacuación la válvula neumática (30), o bien ser llevada a un
ciclón (31) para su recogida y su posterior análisis en laboratorio,
en cuyo caso se abrirá la válvula neumática (32).
Como aplicación adicional del sistema automático
de captación, pesada y evacuación, se contempla su uso para la
determinación automática de la distribución de tamaños de la
muestra recogida. En la Figura 4 se representa el esquema básico
para la determinación de dicha distribución de tamaños. Una vez la
muestra ha sido recogida y pesada en un primer sistema de
captación, pesada y evacuación (33), es transportada por medio de
un caudal de aire de evacuación de diseño, establecido por el
regulador de caudal (29), hacia dos ciclones (34) y (35) en serie.
Estos dos ciclones están diseñados en función del caudal de aire
de evacuación de diseño para producir dos fracciones apreciables de
la muestra original. Estas dos fracciones son cuantificadas en
sendos sistemas de captación, pesada y evacuación (36) y (37). En
función de dichas pesadas y de la eficacia de cada ciclón para
captar las partículas contenidas en determinados rangos de tamaños
predefinidos, puede inferirse el porcentaje de las partículas de la
muestra origen con tamaños comprendidos en cada uno de dichos
rangos.
Claims (14)
1. Sistema automático para la captación, pesada y
evacuación de partículas sólidas que accedan a dicho sistema previa
separación de una corriente de gas de transporte por medio de un
ciclón o bien por gravedad, a través de dispositivos tales como
tolvas, embudos o cámaras de almacenamiento, caracterizado
dicho sistema por comprender los siguientes elementos: A) una
cámara de pesada (1) provista de un conducto de entrada (4) para las
partículas, en cuyo interior se dispone una cubeta (5) (en la que
se almacenan las partículas) que, sin hacer contacto con las
paredes de la cámara de pesada (1), transmite el peso de la muestra
a un sensor de pesada (7); B) una válvula de bola (9) con
accionamiento neumático (10) conectada a la cámara de pesada (1)
que es cerrada durante los ciclos de evacuación de la muestra; C) un
transmisor (11) que genera una señal de 4-20 mA en
función del peso depositado sobre el sensor de pesada (7); D) un
sistema de evacuación de la muestra basado en la inyección de aire
comprimido en la cámara de pesada (1) que transporta al exterior
las partículas depositadas en la cubeta (5) a través de uno o varios
conductos de evacuación (15).
2. Sistema acorde con la reivindicación 1 en el
que la cámara de pesada (1) está compuesta por una vasija
cilíndrica (2), roscada a una tapa (3) provista del conducto de
entrada para las partículas (4) y de un resalte cilíndrico (8)
concéntrico con la vasija (2) y la cubeta (5), siendo las
dimensiones de todos estos elementos tales que la cubeta (5)
presenta una holgura lateral menor de 1 mm con el resalte
cilíndrico (8) y la vasija (2), formando un laberinto neumático que
dificulta la llegada de partículas al sensor de pesada (7).
3. Sistema acorde con las reivindicaciones 1 ó 2
en el que la cubeta (5) está almenada en su parte superior para
facilitar la entrada de aire para la eliminación de las partículas
durante los ciclos de evacuación, siendo de forma troncocónica en
su base y presentando una altura tal que, cuando el conjunto se
encuentra montado, su borde superior presenta una holgura menor que
1 mm con la tapa (3).
4. Sistema acorde con las reivindicaciones 1, 2 ó
3 en el que el sensor de pesada (7) es una célula de carga
dispuesta en el interior de la cámara de pesada (1), soportada en
voladizo sobre la base de la vasija (2) por medio de tornillos y
provista de un sistema de protección contra sobreesfuerzos
consistente en dos topes físicos (13), colocados en un vástago
roscado soportado igualmente en la base de la vasija (2), que
limitan la deflexión máxima que puede sufrir la célula de
carga.
5. Sistema acorde con las reivindicaciones 1, 2,
3 ó 4, en el que el transmisor (11) se encuentra en el exterior de
la cámara de pesada (1), estando conectado al sensor de pesada (7)
a través de un cable que atraviesa la vasija (2) por medio de un
sello (12), de manera que se garantiza la estanqueidad de la cámara
de pesada (1).
6. Sistema acorde con las reivindicaciones 1, 2,
3, 4 ó 5 en el que el sistema de evacuación de la muestra consiste
en la inyección de aire comprimido filtrado, previo cierre de la
válvula neumática (9), a través de uno o varios conductos situados
en la base de la vasija (2) de la cámara de pesada (1), accediendo
dicho aire de evacuación al interior de la cubeta (5) a través del
espacio laberíntico delimitado por la tapa (3), la vasija (2) y la
cubeta (5), originando un vórtice que levanta y transporta las
partículas al exterior de la cámara de pesada (1) por medio de uno o
varios conductos de evacuación (15) situados en la tapa (3).
7. Sistema acorde con la reivindicación 6 en el
que los conductos de evacuación (15) de la muestra situados en la
tapa (3) se introducen en la cámara de pesada (1) hasta a una
profundidad tal que alcanzan la parte troncocónica de la cubeta (5)
estando su flujo a su través restringido durante la recogida de la
muestra mediante el cierre de una válvula de bola de accionamiento
neumático (16), a la que se encuentran conectados.
8. Sistema acorde con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7 en el que se dispone de un sistema de control
basado en un autómata programable, o PC que gobierna: A) la apertura
y cierre de la válvula neumática (9) de acceso de la muestra; B) la
inyección de aire comprimido para la evacuación de la muestra; C) la
apertura y cierre de la válvula neumática (16) conectada a los
conductos de evacuación de la muestra (15); D) la señal del
transmisor (11) del sensor de pesada (7), estableciendo en caso de
que no se haya completado la total evacuación de la muestra, nuevos
ciclos de soplado.
9. Sistema acorde con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8 integrado en sistemas automáticos de toma de
muestra basados en normas internacionales como ASTM
D197-87, ISO 9931 y ESI Insdustry Standard, para la
determinación directa del caudal másico de partículas sólidas en
conductos (18) de transporte neumático, estando dicho sistema
conectado a un ciclón (28) que capta las partículas durante la
aspiración de la muestra y presentando la posibilidad de evacuación
de la muestra pesada al conducto de transporte (18) o bien a un
segundo ciclón (31) para la recogida de la muestra para su análisis
en laboratorio.
10. Sistema acorde con la reivindicación 9 en el
que la señal de pesada obtenida es relacionada con el caudal másico
de las partículas en el conducto y es implementada en lazos de
regulación de caudal para el control de dicho caudal.
11. Sistema acorde con las reivindicaciones 9 ó
10 aplicado a la calibración de otros medidores en continuo de
caudal másico de partículas instalados en conductos de transporte
neumático.
12. Sistema acorde con las reivindicaciones 1 a
11 aplicado a la determinación en continuo de la granulometría de la
muestra obtenida mediante el transporte de dicha muestra por medio
de un caudal de aire de evacuación de diseño hacia uno o varios
ciclones (34), (35), conectados en serie, de los que se conoce su
curva de eficacia fraccional para el caudal de diseño establecido, y
que son diseñados para producir dos fracciones apreciables de la
muestra original cuyos pesos, determinados en sendos sistemas
automáticos de captación, pesada y evacuación, permiten la
determinación de la granulometría de la muestra origen.
13. Sistema acorde con las reivindicaciones 1 a 8
aplicado a cualquier sistema que involucre la extracción de una
muestra de partículas suspendidas en una corriente de gas de
transporte con el objeto de obtener una pesada de forma automatizada
de la muestra obtenida.
14. Sistema acorde con las reivindicaciones 1 a 8
aplicado a cualquier proceso en el que se requiera conocer de forma
automatizada y precisa el peso de sucesivas muestras de partículas
sólidas que accedan por cualquier procedimiento a la cámara de
pesada (1), para su posterior transporte a algún sistema de
almacenamiento o bien para su incorporación a algún proceso como
reactivo o como elemento constitutivo de un producto final.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200450071A ES2229960B1 (es) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | Sistema automatico para la captacion, pesada y evacuacion de particulas solidas. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200450071A ES2229960B1 (es) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | Sistema automatico para la captacion, pesada y evacuacion de particulas solidas. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2229960A1 true ES2229960A1 (es) | 2005-04-16 |
| ES2229960B1 ES2229960B1 (es) | 2006-07-16 |
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|---|---|---|---|
| ES200450071A Expired - Fee Related ES2229960B1 (es) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | Sistema automatico para la captacion, pesada y evacuacion de particulas solidas. |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2229960B1 (es) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4481985A (en) * | 1983-02-24 | 1984-11-13 | Lee Heydenreich | Apparatus and method for weighing fluent material |
| US4662798A (en) * | 1982-07-07 | 1987-05-05 | Kloeckner Stahlforschung Gmbh | Method and a device for measuring and/or regulating the mass flow of solid particles |
| EP0538932A1 (en) * | 1991-10-21 | 1993-04-28 | VLAAMSE INSTELLING VOOR TECHNOLOGISCH ONDERZOEK, afgekort V.I.T.O., onderneming van openbaar nut onder de vorm van een n.v. | Method for determining equivalent hydrodynamic granulometry and possibly from that granular differentiation, and device used with it |
| WO1998010266A1 (en) * | 1996-09-04 | 1998-03-12 | Anders Sten Wedell | Apparatus for the sampling of coal dust particles from a transporting tube for such particles |
-
2001
- 2001-05-22 ES ES200450071A patent/ES2229960B1/es not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2229960B1 (es) | 2006-07-16 |
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