ES2689104T3 - Método y aparato para determinar la localización de una interfaz de interés, y programa informático - Google Patents

Abstract

Un método para determinar la ubicación de una interfaz (18, 20) de interés en un dominio objetivo (13) en un equipo de proceso industrial, entre un volumen libre (14) de un material fluido y un material sólido (11, 17), que limita dicho volumen libre, comprendiendo el método las etapas de: - proporcionar un modelo matemático (21) del dominio objetivo (13) que determine, para una pluralidad de pares de grupos de electrodos, los electrodos (12) de los grupos de electrodos que están dispuestos en conexión de medición de capacitancia con el dominio objetivo y soportados por un cuerpo (11) de soporte sólido, que tiene una superficie límite (18) en el dominio objetivo, cuya superficie límite define una interfaz entre el cuerpo de soporte y su exterior, una cantidad eléctrica característica proporcional a la capacitancia de un condensador formado por un par de grupos de electrodos; - recibir mediciones de la cantidad eléctrica característica para una pluralidad de pares de grupos de electrodos; - ajustar el modelo matemático (21), para reducir las diferencias entre los valores de cantidad eléctrica característica medidos y los determinados por el modelo matemático; y - determinar la ubicación de la interfaz (18, 20) de interés basándose en el modelo matemático ajustado; en donde la etapa de ajuste del modelo matemático comprende variar la ubicación de la superficie límite (18) para tener en cuenta, al determinar la ubicación de la interfaz (18, 20) de interés, el posible desgaste de la superficie límite.

Description

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electrodos dispuestos en conexión de medición de capacitancia con el dominio objetivo, estando los electrodos soportados por un cuerpo de soporte sólido que tiene una superficie límite en el dominio objetivo, y medir la cantidad eléctrica característica para una pluralidad de pares de grupos de electrodos.

De acuerdo con un aspecto del dispositivo, los principios de la presente invención también pueden implementarse como un aparato para determinar la ubicación de una interfaz de interés, en un dominio objetivo, entre un volumen libre de un material fluido y un material sólido que limite dicho volumen libre, comprendiendo el aparato al menos una memoria y al menos un procesador, acoplado con la al menos una memoria; en donde la al menos una memoria comprende instrucciones de código de programa, que, al ser ejecutadas por el al menos un procesador, hacen que el aparato lleve a cabo las etapas descritas anteriormente en el contexto del aspecto del método.

La al menos una memoria y el al menos un procesador pueden implementarse, p. ej., en la forma de uno o más ordenadores en donde esté instalado un código de programa informático adecuado para llevar a cabo las etapas del método.

De forma similar al método, una característica muy ventajosa del aparato es que la etapa de ajuste del modelo matemático comprende variar la ubicación de la superficie límite para tener en cuenta, en el paso de determinación de la ubicación de la interfaz de interés, un posible desgaste de la superficie límite.

Todo lo que se ha afirmado anteriormente sobre las ventajas, detalles y características preferidas en el contexto del aspecto de método de la presente invención es también aplicable, mutatis mutandis, al aparato de acuerdo con la presente invención.

En lo anteriormente definido, el aparato de acuerdo con la presente invención comprende solo los medios computacionales. El aspecto de dispositivo de la presente invención también puede implementarse como un sistema de medición completo que comprenda también, además de dicho aparato, una pluralidad de electrodos dispuestos en conexión de medición de capacitancia con el dominio objetivo, estando los electrodos soportados por un cuerpo de soporte sólido que tenga una superficie límite en el dominio objetivo, y un aparato de medición configurado para llevar a cabo las mediciones de la cantidad eléctrica característica para una pluralidad de pares de grupos de electrodos.

Finalmente, los principios de la presente invención también pueden implementarse en la forma de un programa informático que comprenda un código de programa que, al ser ejecutado por un procesador, haga que el procesador efectúe el método definido y descrito anteriormente.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se describe la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en donde

La Figura 1 muestra una vista en sección transversal esquemática de un cuerpo de soporte eléctricamente aislante, con una disposición de electrodos; La Figura 2 muestra una vista en sección transversal esquemática de un cuerpo de soporte eléctricamente conductor, con una disposición de electrodos. La Figura 3 es una ilustración de un diagrama de flujo de un método para determinar la formación de incrustaciones en equipos de proceso y/o el desgaste de los mismos; La Figura 4 muestra un ejemplo de discretización de un dominio objetivo en un modelo matemático, que representa el dominio objetivo; La Figura 5 muestra una vista lateral esquemática de otro tipo de cuerpo de soporte, con una disposición de electrodos; La Figura 6 muestra otro tipo de cuerpo de soporte, con una disposición de electrodos; y La Figura 7 muestra un ejemplo de un sistema para determinar la formación de incrustaciones en equipos de proceso y/o el desgaste de los mismos.

Descripción detallada de las realizaciones

La Figura 1 muestra una ilustración esquemática en sección transversal de una tubería 1 eléctricamente aislante, que forma un cuerpo de soporte, sobre cuya superficie exterior están sujetos ocho electrodos 2 para efectuar mediciones de una o más cantidades eléctricas, dependientes de la capacidad en un dominio objetivo 3, que comprende el volumen interior 4 de la tubería 1 de proceso, así como la pared de la tubería. Así, en el ejemplo de la Figura 1, el límite del dominio objetivo 3 coincide con la superficie exterior de la tubería 1 y las superficies interiores de los electrodos 2 situados sobre la misma. Alternativamente, los electrodos podrían estar incrustados al menos parcialmente en la pared de la tubería.

La tubería 1 eléctricamente aislante está rodeada por una vaina metálica cilíndrica 5, que comprende unas pestañas 6 que se extienden radialmente desde la vaina hasta la superficie exterior de la tubería 1. Para llevar a cabo las mediciones, la vaina metálica y las pestañas de la misma están puestas a tierra (no se ilustra en el dibujo) y

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sirven como una pantalla, para aislar el sistema de los electrodos y el dominio objetivo con respecto a su entorno y para evitar que los electrodos se “vean” directamente entre sí, a través del exterior de la tubería eléctricamente aislante. En ausencia de tales pestañas, el uno o más materiales situados entre la vaina metálica 5 y la superficie exterior de la tubería 1 también afectarían a las mediciones relacionadas con la capacitancia. En tal caso, el dominio objetivo deberá extenderse hasta el límite interior de la vaina metálica, para tener en cuenta este efecto en los cálculos.

El volumen interior 4 de la tubería 1 está lleno de un material de proceso, que fluye a través de la tubería. A partir de las sustancias incluidas en el material que fluye sobre la superficie interior 8 de la tubería se ha formado un material 7 de incrustación, en forma de depósito sólido, formando una superficie límite del volumen interior 4 de la tubería, modificando de este modo el volumen libre para el flujo del material. En caso de continuar, el proceso de formación de incrustaciones puede llegar a obstruir la tubería por completo, evitando así cualquier flujo a través de la misma.

A modo de otro cambio, en comparación con la situación inicial, el material de la tubería 1 eléctricamente aislante se ha erosionado en una ubicación de la superficie interior 8 de la tubería, de modo que se ha formado un pequeño rebaje 9 sobre la misma. El rebaje cambia además las condiciones de flujo dentro de la tubería 1. Adicionalmente a cambiar las condiciones de flujo, la erosión puede conllevar finalmente la rotura de la tubería como resultado del desgaste de la pared de la misma.

En la Figura 2 se muestra un ejemplo alternativo de una configuración de medición que permite determinar la incrustación y el desgaste en una tubería de proceso. A modo de diferencia fundamental en comparación con la Figura 1, está presente una tubería 11 de proceso eléctricamente conductora, formada p. ej. por algún tipo de metal. Desde el punto de vista de la medición de valores de una cantidad eléctrica dependiente de la capacitancia, en una tubería eléctricamente conductora es necesario que los electrodos 12 estén en contacto directo con el volumen interior 14 de la tubería. En este tipo de situación, el dominio objetivo 13 en el que se llevarán a cabo las mediciones está limitado por los electrodos y la superficie interior 18 de la tubería eléctricamente conductora. Adicionalmente, debido al material eléctricamente conductor de la tubería 11, cada electrodo está aislado eléctricamente con respecto a la tubería por medio de una delgada capa eléctricamente aislante, situada entre el electrodo y la pared de la tubería.

También en la situación de la Figura 2 está presente una incrustación 17, formada sobre la superficie interior 18 de la tubería, y un proceso de desgaste ha erosionado la superficie interior 18 de la tubería y uno de los electrodos, formando un ligero rebaje 19 sobre el mismo. Naturalmente, dicho rebaje también podría extenderse a áreas que afecten a más de un electrodo solamente.

En las Figuras 1 y 2, se han instalado en las tuberías ocho y diez electrodos, respectivamente. Sin embargo, estos son ejemplos solamente, que no limitan la aplicabilidad de la presente invención a ningún número de electrodos adecuadamente configurados para permitir la medición de capacitancias, u otras cantidades eléctricas dependientes de la capacidad, entre los electrodos. Adicionalmente, las Figuras 1 y 2 ilustran vistas en sección transversal de tuberías de proceso y un solo anillo de electrodo, refiriéndose así a un dominio objetivo bidimensional. Sin embargo, es posible medir y monitorizar un dominio objetivo tridimensional disponiendo electrodos en diversos anillos o capas, a lo largo de la dirección axial de la tubería de proceso.

En lo que sucesivo, se explica con referencia al diagrama de flujo de la Figura 3 la determinación de la incrustación y el desgaste dentro de un equipo de proceso, tal como las tuberías de las Figuras 1 y 2.

En primer lugar, a modo de etapa importante del método, se proporciona y almacena un modelo matemático del dominio objetivo, p. ej. en la memoria de un ordenador. El modelo matemático se construye de modo que comprenda información suficiente para determinar las capacitancias, o algunas otras cantidades eléctricas dependientes de la capacitancia, entre diferentes pares de electrodos o pares de grupos de electrodos. La información requerida para tal determinación puede comprender, p. ej., la distribución de permitividad dentro del dominio objetivo 3, 13. En la práctica, el modelo es una representación numérica del dominio objetivo físico, el modelo incluye suficiente información sobre las propiedades del material dentro del dominio objetivo, de manera que, sobre la base de esta información, puedan determinarse las estimaciones de los valores de cantidad eléctrica característica seleccionados a medir por los electrodos. El modelo numérico se divide en una pluralidad de nodos o celdas discretos, cada uno representativo de esa ubicación particular dentro del dominio objetivo. En la presente invención, la zona más interesante dentro del dominio objetivo es la zona adyacente a la superficie interior 8, 18 de la tubería de proceso, que forma una superficie límite del volumen interior libre 4, 14 de la tubería. Para permitir una determinación suficiente y precisa de la incrustación y/o el desgaste, el modelo se discretiza más densamente en las áreas cercanas a esta superficie límite y, para ahorrar energía computacional requerida, de manera menos refinada en el centro del volumen interior de la tubería. En la Figura 4 se ilustra un ejemplo de la geometría de un modelo 21, que corresponde a la disposición de la Figura 2 con diez electrodos, y la discretización del mismo.

Aunque el modelo proporciona una estimación del dominio objetivo real y de la cantidad (cantidades) física/s seleccionada/s que describen el uno o más materiales en el dominio objetivo, también se requiere información sobre

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