ES2796741T3

ES2796741T3 - Aparato de filtro de detección de turbidez, sistemas y métodos para lo mismo

Info

Publication number: ES2796741T3
Application number: ES13848007T
Authority: ES
Inventors: Mike Phillips; Flemming Jørgensen; Robert Singer; Anders Fougner; Alexander Helm
Original assignee: FLSmidth AS
Current assignee: FLSmidth AS
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2020-11-30
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: AU2013331413B2; CN104755147B; EP2906319B1; AU2013331413A8; EA029464B1; MX357024B; MX2015003086A; CN104755147A; CA2887630A1; WO2014062670A1; PL2906319T3; ZA201501951B; EP2906319A4; CL2015000924A1; EA201500418A1; CA2887630C; EP2906319A1; US20150316474A1; AU2013331413A1; PE20150749A1

Abstract

Un filtro prensa que comprende: una pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1); en el que múltiples conjuntos de placa de filtro (1) dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1) incorporan cada uno al menos un módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) acoplado con el conjunto de placa de filtro correspondiente (1); y en el que el módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) está colocado entre una abertura de drenaje de filtrado (8a-d) que se comunica con una cámara de filtro (14), y una lumbrera de filtrado (7, 13) o tubo de descarga de filtrado (4g, 15), para determinar un nivel de turbidez del filtrado (50) que sale de dicho conjunto de placa de filtro correspondiente (1) independientemente de los niveles de turbidez del filtrado (50) que sale de otros conjuntos de placa de filtro (1) dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1).

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de filtro de detección de turbidez, sistemas y métodos para lo mismo

Campo de la invención

Esta invención se refiere a equipos de filtración utilizados en las tecnologías de procesamiento industrial, de residuos, relaves, carbón, agregados, productos químicos, productos farmacéuticos, alimentos y bebidas, y minerales, y, más particularmente, a aparatos de filtro de detección de turbidez "inteligentes", y métodos para lo mismo.

Antecedentes de la invención

Los filtros prensa, a veces llamados filtros prensa de "placa y bastidor", filtros prensa de "membrana" o filtros prensa de "cámara", han existido desde el siglo XIX y se usan generalmente para procesos de deshidratación. Se utilizan para fabricar productos de torta de filtro a partir de suspensiones o papillas de líquido-sólido que tienen una gran fracción líquida. Los sólidos dentro de las suspensiones o papillas típicamente no se disuelven en la fracción líquida y, por lo tanto, se transportan en ella. Los filtros prensa separan los sólidos de los líquidos, de modo que la parte útil se puede procesar, empaquetar o entregar al siguiente paso. Un ejemplo no limitativo de un filtro prensa anterior puede verse en la patente US N.° 5,368,75 1. Otro ejemplo de un filtro prensa anterior se puede ver en el documento GB 2,264,882 que describe sensores instalados en una tubería de alimentación para que el líquido se filtre y la tubería de retirada del filtrado de una pila de placas de filtro, cuyos sensores miden la concentración de suciedad del líquido que se ha de filtrar y del filtrado mediante luz láser dispersada.

Los filtros prensa generalmente funcionan por "lotes". Una gran cantidad de conjuntos de placa de filtro están soportados y guiados a lo largo de un bastidor metálico. La pluralidad de conjuntos de placa de filtro se une mediante grandes pistones hidráulicos, en cuyo punto una bomba alimenta una papilla en cámaras de filtro individuales que están definidas por cavidades o rebajos entre, y formados dentro de, las caras de cada conjunto de placa de filtro. La fracción líquida de la papilla (es decir, el filtrado) atraviesa la tela de filtro proporcionada a cada conjunto de placa de filtro y dentro de un sistema de drenaje, mientras que la fracción sólida permanece en las cámaras del filtro. Cuando se completa el ciclo de filtración, se produce un lote de material filtrado sólido, llamado "torta de filtro". La pila de conjuntos de placa de filtro se abre, los sólidos se eliminan de las cámaras de filtro a través de uno o más extractores de gravedad, vibratorios, agitadores y/o manuales, y luego la pila de conjuntos de placa de filtro se vuelve a sujetar y se repite el ciclo de filtración.

En muchos casos, si se daña una tela de filtro, por ejemplo por una rotura, un pequeño orificio, un punto de desgaste, un pliegue o una desalineación con el conjunto de placa de filtro, el filtrado que sale de un conjunto de placa de filtro particular eventualmente se volverá turbio con sólidos y el proceso de filtrado se verá comprometido. Los niveles de turbidez superiores a los permitidos pueden afectar negativamente los procesos posteriores, tales como los que utilizan el filtrado en una alimentación de reciclaje. Los niveles de turbidez superiores a los permitidos también pueden dar como resultado pérdidas de beneficios si la torta de filtro es el producto deseable y se desecha una gran cantidad de sólidos con el filtrado. Por lo tanto, es importante asegurarse de que las telas de filtro siempre funcionen correctamente y no estén dañadas. Sin embargo, en un filtro prensa convencional que tiene más de 150 o más conjuntos de placa de filtro, la tarea de determinar qué tela(s) está(n) dañada(s) se convierte en una tarea increíblemente larga. Cada placa generalmente tiene dos telas de filtro, y puede llevar muchas horas inspeccionarlas visualmente. El pequeño espacio entre los conjuntos de placa de filtro generalmente requiere la eliminación completa de los conjuntos de placa de filtro para su inspección.

Para superar los problemas anteriores, todas las telas de filtro generalmente se reemplazan simultáneamente a intervalos de mantenimiento rutinarios predeterminados. Si bien tales prácticas pueden reducir las posibilidades de fallo de la tela de filtro durante la operación, esto es ineficiente y costes. Más tiempo de mantenimiento programado significa menos tiempo de producción y eficiencia de operación reducida. Cambiar telas de filtro que aún pueden tener una amplia vida útil recorta el margen de beneficio del usuario.

Objetos de la invención

Por lo tanto, es un objeto de la invención proporcionar un filtro mejorado capaz de maximizar la vida útil de la tela de filtro y la rentabilidad.

Es otro objeto de la invención proporcionar un método para supervisar el rendimiento de la tela de filtro individual para evitar el descarte innecesario de las telas de filtro que de otro modo tendrían una amplia vida útil.

Aún otro objeto de la invención es minimizar el tiempo de mantenimiento programado y no programado para las operaciones de filtrado y maximizar el tiempo de operación del equipo de filtrado con un bajo coste de capital para el usuario final.

Otro objeto de la invención es maximizar la seguridad y el rendimiento de las operaciones de filtro eliminando la necesidad de retirar los componentes del filtro para comprobar si hay daños en la tela de filtro.

Otro objeto de la invención es reducir la mano de obra, la resolución de problemas y el tiempo de mantenimiento. Otro objeto de la invención es proporcionar medios desechables "inteligentes", aunque económicos, para supervisar los niveles de turbidez que funcionarán en entornos hostiles.

Es otro objeto de la invención proporcionar un sistema capaz de supervisar incluso pequeñas diferencias en los niveles de turbidez del filtrado de una cámara de filtro a otra en un filtro prensa.

Estos y otros objetos de la invención serán evidentes a partir de los dibujos y la descripción en la presente memoria. Aunque se cree que cada objeto de la invención se alcanza mediante al menos una realización de la invención, no existe necesariamente una realización de la invención que logre todos los objetos de la invención.

Compendio de la invención

Un filtro prensa comprende una pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables, y en la que los conjuntos de placa de filtro múltiples incorporan cada uno al menos un módulo de turbidez acoplado con el conjunto de placa de filtro correspondiente, en la que el módulo de detección de turbidez se coloca entre una abertura de drenaje de filtrado que se comunica con una cámara de filtro y una lumbrera de filtrado o tubo de descarga. El módulo de detección de turbidez se proporciona para determinar un nivel de turbidez del filtrado que sale de dicho conjunto de placa de filtro correspondiente, independientemente de los niveles de turbidez del filtrado que sale de otros conjuntos de placa de filtro.

En algunas realizaciones, se puede proporcionar una pluralidad de módulos de detección de turbidez al conjunto de placa de filtro correspondiente. Los módulos de detección de turbidez pueden comprender uno o más emisores ópticos y detectores ópticos y, en algunos casos, el número de detectores ópticos puede superar el número de emisores ópticos. También se pueden proporcionar detectores ópticos en diferentes ángulos con respecto a los emisores ópticos. Los detectores ópticos están configurados para medir y determinar una cantidad de radiación electromagnética entregada por cada emisor óptico. La información de la señal con respecto a la radiación electromagnética puede enviarse a una unidad de interfaz, que se comunica con un sistema de control y/o una alarma a través de un medio de comunicación cableado o inalámbrico. Se puede dotar de una cámara de medición de turbidez que se cruza con un canal de drenaje al conjunto de placa de filtro que está dimensionado para aceptar un módulo de detección de turbidez y evitar que los emisores ópticos y los detectores ópticos causen un flujo turbulento excesivo dentro de las corrientes de filtrado. Los módulos de detección de turbidez pueden comprender un alojamiento que define un recinto de circuitos, una placa de circuito, al menos un emisor óptico, al menos un detector óptico y material encapsulador que encierra o protege de otra forma la placa de circuito dentro del alojamiento. En algunas realizaciones, solo una pequeña porción de los emisores y detectores ópticos permanece expuesta.

Se describe también un método para filtrar la papilla. El método comprende proporcionar un filtro prensa que tiene una pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables; múltiples conjuntos de placa de filtro dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables incorporan cada uno al menos un módulo de detección de turbidez acoplado con el conjunto de placa de filtro correspondiente, en el que el módulo de detección de turbidez se coloca entre una abertura de drenaje de filtrado que se comunica con una cámara de filtro, y una lumbrera de filtrado o tubo de descarga de filtrado, para determinar un nivel de turbidez del filtrado que sale de dicho correspondiente de dicha pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables independientemente de los niveles de turbidez del filtrado que sale de otros conjuntos de placa de filtro dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables; comprendiendo además el módulo de detección de turbidez al menos un emisor óptico y al menos un detector óptico; estando ubicado al menos un módulo de detección de turbidez de tal manera que el al menos un emisor óptico y el al menos un detector óptico estén configurados para estar al menos parcialmente expuestos a una corriente de filtrado que sale de una cámara de filtro del correspondiente de dicha pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables; emitiendo radiación electromagnética desde al menos un emisor óptico; permitiendo que una corriente de filtrado corra entre dicho al menos un emisor óptico y dicho al menos un detector óptico; y determinando, por la cantidad de radiación electromagnética recibida por el al menos un detector óptico, un nivel de turbidez del filtrado que sale de dicho correspondiente de dicha pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables, independientemente de los niveles de turbidez de filtrado que sale de otros conjuntos de placa de filtro dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables.

En algunas realizaciones, se activa una alarma si el módulo de detección de turbidez determina que se ha alcanzado un nivel umbral de turbidez para un conjunto de placa de filtro particular. La activación de la alarma puede comprender, por ejemplo, producir una luz, producir un sonido, proporcionar una señal eléctrica, proporcionar una comunicación tal como un mensaje de caracteres o proporcionar instrucciones a un sistema de control. En una realización preferida, la alarma puede desactivarse después de reemplazar, reparar o reconfigurar una tela de filtro, por ejemplo colocando una varilla de reinicio magnética adyacente al módulo de detección de turbidez afectado. Los emisores ópticos descritos pueden ser un diodo emisor de luz, en el que la etapa de emitir radiación electromagnética comprende emitir ondas de luz que tienen longitudes de onda dentro del espectro de color visible y/o invisible. En algunas realizaciones, ciertas propiedades de los emisores ópticos y los detectores ópticos (por ejemplo, tal como el intervalo de longitud de onda operativa) pueden adaptarse y/u optimizarse para funcionar mejor con filtrados particulares y partículas suspendidas en ellos.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 ilustra una vista frontal de un primer conjunto de placa de filtro según algunas realizaciones;

La figura 2 es una vista frontal en sección transversal del primer conjunto de placa de filtro mostrado en la figura 1; La figura 3 es una vista detallada que muestra los detalles de una primera disposición de sensor de turbidez según la figura 2;

La figura 4 es una vista detallada que muestra los detalles de una segunda disposición de sensor de turbidez; La figura 5 es una vista detallada que muestra los detalles de una tercera disposición de sensor de turbidez; La figura 6 es una vista detallada que muestra los detalles de una cuarta disposición de sensor de turbidez;

La figura 7 es una vista detallada que muestra los detalles de una quinta disposición de sensor de turbidez; La figura 8 es una vista detallada que muestra los detalles de una sexta disposición de sensor de turbidez; La figura 9 es una vista en corte parcial isométrica de la tercera disposición de sensor de turbidez mostrada en la figura 5 que muestra la migración y la salida del filtrado;

La figura 10 es una vista isométrica de un módulo de detección de turbidez somera según algunas realizaciones; La figura 11 es una vista en corte parcial isométrica de un módulo de detección de turbidez profunda según algunas realizaciones;

La figura 12 es una representación esquemática que muestra la función de un módulo de detección de turbidez según algunas realizaciones;

La figura 13 es una representación esquemática que muestra un sistema de detección de turbidez según algunas realizaciones;

La figura 14 es una tabla que indica los valores predeterminados para una alarma local o remota según algunas realizaciones;

La figura 15 es un gráfico que ilustra esquemáticamente la turbidez a lo largo del tiempo durante un ciclo de filtración ejemplar de un filtro prensa;

La figura 16 ilustra un método para determinar el estado de una tela de filtro según algunas realizaciones;

La figura 17 representa gráficamente la transmisión óptica en función de la longitud de onda para diversos fluidos; y La figura 18 representa gráficamente la transmisión óptica en función de la longitud de onda para diversos sólidos.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 ilustra una vista frontal de un primer conjunto de placa de filtro según algunas realizaciones. El conjunto de placa de filtro 1 comprende una superficie de sellado periférica 11 que rodea una cámara de filtro 14 que puede configurarse para aceptar una tela de filtro, criba u otra forma de medios de filtración. Se proporcionan uno o más salientes de soporte 9 dentro de la cámara 14 de filtro, que proporcionan soporte durante el apilamiento de la placa. El conjunto de placa de filtro 1 comprende además un ojo de alimentación 10 para la alimentación de la papilla, y al menos uno de una lumbrera de filtrado superior 7, una lumbrera de filtrado inferior 13 o un tubo de descarga de filtrado 4g, 15. El conjunto de placa de filtro 1 puede comprender al menos una o más aberturas de drenaje de filtrado superiores 8a, aberturas de drenaje de filtrado laterales 8b, aberturas de drenaje de filtrado inferiores 8c, o aberturas de drenaje de filtrado interiores 8d. En algunas configuraciones, el conjunto de placa de filtro 1 puede comprender uno o más módulos exteriores 2 conectados a unos cables 6, uno o más módulos integrales de perfil inferior 3, o una o más unidades de reequipamiento 4, 5 como se discutirá con más detalle a continuación.

La figura 3 es una vista detallada de una primera disposición de sensor de turbidez según la invención. Un canal de drenaje superior 18a y un canal de drenaje lateral 18b se cruzan en una lumbrera de filtrado superior 7. Una pluralidad de aberturas de drenaje de filtrado superiores 8a y de aberturas de drenaje de filtrado laterales 8b permiten que los canales de drenaje superiores 18a y laterales 18b se comuniquen con la cámara de filtro 14. A el módulo de detección de turbidez profunda 420 puede proporcionarse desde una porción superior del conjunto de placa de filtro 1. Las porciones de detección del módulo de detección de turbidez profunda 420 se extienden desde el módulo de detección de turbidez profunda 420 para permitir la medición del nivel de turbidez en las partes inferiores del canal de drenaje superior 18a. De esta manera, la turbidez de filtrado 50 que fluye a través del canal de drenaje superior 18a puede medirse con mayor precisión y sin efectos negativos de burbujas, aire, salpicaduras y flujo turbulento que pueden estar presentes en las partes superiores del canal de drenaje superior 18a. Uno o más módulos exteriores 2 pueden conectarse operativamente al módulo de detección de turbidez profunda 420 a través de unos cables 6. Un módulo 2 puede, como se muestra, montarse de forma remota desde el conjunto de placa de filtro 1 en cualquier lugar conveniente, por ejemplo, en brazos de soporte del conjunto de placa de filtro. barras pulverizadoras, etc. En la realización particular que se muestra, un único módulo exterior 2 se comparte entre múltiples módulos de detección de turbidez 20, 420. Aunque no se muestra, cada módulo de detección de turbidez 20, 420 puede comunicarse con su propio módulo exterior 2. Además, aunque tampoco se muestra, cada módulo de detección de turbidez 20, 420 puede configurarse para comunicarse con múltiples módulos exteriores 2 usando medios de comunicación cableados 91,93, 95 o inalámbricos 90, 92, 94 (véase la figura 13).

En algunas realizaciones, un módulo de detección de turbidez somera 20 puede proporcionarse desde una porción lateral del conjunto de placa de filtro 1 y disponerse dentro de una cámara de medición de turbidez 19 que se cruza con el canal de drenaje lateral 18b. Como se muestra, las partes de detección del módulo de detección de turbidez somera 20 pueden ubicarse más proximalmente al módulo 20, en comparación con el módulo de detección de turbidez profunda 420. A este respecto, las mediciones de turbidez son posibles en diversas ubicaciones del conjunto de placa de filtro 1 donde hay menos posibilidades de interrupción en el flujo que podrían afectar negativamente a la medición de turbidez.

La figura 4 es una vista detallada de una segunda disposición de sensor de turbidez según la invención. Un canal de drenaje superior 18a y un canal de drenaje lateral 18b se cruzan en una lumbrera de filtrado superior 7. Una pluralidad de aberturas de drenaje de filtrado superiores 8a y aberturas de drenaje de filtrado laterales 8b permiten que los canales de drenaje superior 18a y lateral 18b se comuniquen con la cámara de filtro 14. Puede disponerse el módulo de detección de turbidez profunda 320 desde una porción superior del conjunto de placa de filtro 1. Las porciones de detección del módulo de detección de turbidez profunda 320 se extienden para medir la turbidez en ubicaciones inferiores dentro del canal de drenaje superior 18a. De esta manera, la turbidez de filtrado 50 que fluye a través del canal de drenaje superior 18a puede medirse con mayor precisión y sin efectos negativos de burbujas, aire, salpicaduras y flujo turbulento. Uno o más módulos integrales 3 pueden estar conectados operativamente al módulo de detección de turbidez profunda 320 sin los cables exteriores necesarios 6. El módulo integral 3 puede, como se muestra, estar montado para extenderse desde el conjunto de placa de filtro 1 en un lugar conveniente, por ejemplo, una porción superior del conjunto de placa de filtro 1 que se puede ver fácilmente desde el lado del filtro prensa. Los circuitos pueden compartirse entre el módulo de detección de turbidez profunda 320 y el módulo integral 3 para reducir el perfil y simplificar la construcción general del conjunto de placa de filtro 1. Se puede proporcionar una cubierta exterior 3a al menos parcialmente translúcida o transparente alrededor del módulo integral 3 para protegerlo y el módulo de detección de turbidez profunda 320. Como se muestra, en algunas realizaciones, la cubierta 3a puede formar parte del alojamiento o cuerpo del módulo de detección de turbidez profunda 320. Aunque no se muestra, el módulo integral 3 puede estar parcial o completamente empotrado dentro de las porciones exteriores del conjunto de la placa del filtro si las limitaciones de espacio impiden la opción de un módulo integral saliente altamente visible 3.

En algunas realizaciones, se puede proporcionar un módulo de detección de turbidez somera 220 desde una porción lateral del conjunto de placa del filtro 1 y disponerse dentro de una cámara de medición de turbidez 19 que se cruza con el canal de drenaje lateral 18b. Las porciones de detección del módulo de detección de turbidez somera 220 pueden ubicarse más proximalmente en comparación con el módulo de detección de turbidez profunda 320 como se mencionó anteriormente. A este respecto, las mediciones de turbidez se pueden hacer en diversas ubicaciones del conjunto de placa de filtro 1.

Pasando ahora a la figura 5, se muestra una tercera disposición del sensor de turbidez. Un canal de drenaje inferior 18c y un canal de drenaje lateral 18b se cruzan en una lumbrera de filtrado inferior 13. Una pluralidad de aberturas de drenaje de filtrado inferiores 8c y unas aberturas de drenaje de filtrado laterales 8b permiten que los canales de drenaje inferiores 18c y laterales 18b se comuniquen con la cámara de filtro 14. Se puede proporcionar un módulo de detección de turbidez somera 20 en una cámara de medición de turbidez 19 que se extiende dentro de una porción inferior del conjunto de placa de filtro 1. Las porciones de detección del módulo de detección de turbidez somera 20 están ubicadas cerca del fondo del canal de drenaje inferior 18c donde hay menos posibilidades de interrupciones en el flujo que podrían afectar negativamente la medición de turbidez. De esta manera, la turbidez de filtrado 50 que fluye a través del canal de drenaje inferior 18c puede medirse con mayor precisión y sin efectos negativos de burbujas, aire, salpicaduras y flujo turbulento que pueden estar presentes en partes superiores del canal de drenaje inferior 18c.

De un modo similar a la primera disposición de detección de turbidez mostrada en la figura 3, un módulo exterior 2 puede compartirse entre un módulo de detección de turbidez profunda 420 y el módulo de detección de turbidez somera 20. Por conveniencia, el módulo exterior 2 puede montarse visiblemente en una porción de esquina del conjunto de placa de filtro 1 como se muestra para facilitar el acceso. En lugar del módulo de detección de turbidez somera 20 usado en la primera disposición de detección de turbidez de la figura 3, se puede utilizar un módulo de detección de turbidez profunda 420 con un canal de drenaje lateral 18b como se muestra en la figura 5. Como se mencionó anteriormente, aunque no se muestra, cada módulo de detección de turbidez 20, 420 puede comunicarse con su propio módulo exterior 2. Además, aunque no se muestra, cada módulo de detección de turbidez 20, 420 puede comunicarse con múltiples módulos exteriores 2. La figura 9 es una vista en sección transversal del conjunto de placa de filtro 1 que muestra la migración y la salida del filtrado 50 a medida que se mueve a través de la tercera disposición del sensor de turbidez de la figura 5.

La figura 6 es una vista detallada que muestra una cuarta disposición de sensor de turbidez según la invención. Una primera unidad de reequipamiento 4 está conectada operativamente en una porción inferior del conjunto de placa de filtro 1 a través de un conector 4e. La primera unidad de reequipamiento 4 comprende un cuerpo de alojamiento 4a, un canal de drenaje transversal 4b, un canal de drenaje vertical inferior 4c y un canal de drenaje vertical superior 4d. Una cámara de medición de turbidez 19 que se cruza con el canal transversal de drenaje 4b aloja un módulo de detección de turbidez somera 20. El módulo de detección de turbidez somera 20 se comunica con un módulo exterior 2 unido al exterior del cuerpo de alojamiento 4a. El módulo exterior 2 está orientado preferiblemente de una manera que proporciona espacio libre con trampillas u otros mecanismos concebibles que se colocan aproximadamente debajo de la pila de placas de filtro prensa. El módulo exterior 2 también está orientado preferiblemente de una manera que proporcione un fácil acceso visual y físico al módulo para actualizaciones de software, reinicios de alarma, mantenimiento rutinario, limpieza, extracción y reemplazo.

Se puede proporcionar un tapón 4f en un extremo del canal de drenaje transversal 4b a la primera unidad de reequipamiento 4 para reducir costes y facilitar la fabricación del canal de drenaje transversal 4b. En uso, el filtrado 50 sale de la cámara de filtro 14 y entra en una o más aberturas de drenaje de filtrado interiores 8d. El filtrado 50 viaja a través de un canal de drenaje interior 18d y posteriormente ingresa en el canal de drenaje vertical superior 4d a través del conector 4e. El filtrado continúa fluyendo a través del canal de drenaje transversal 4b y luego hacia abajo a través del canal de drenaje vertical inferior 4c antes de salir del tubo de descarga de filtrado 4g. El módulo de detección de turbidez somera 20 mide la turbidez del filtrado 50 que atraviesa la primera unidad de reequipamiento 4 como se describirá con más detalle a continuación. Los expertos en la materia entenderán y apreciarán que, aunque no se muestra, la disposición de detección de turbidez somera 20 puede estar orientada, por el contrario, en un ángulo (por ejemplo, de 90 grados) con respecto a lo que se muestra. Por ejemplo, la cámara de medición de turbidez 19 puede extenderse diagonal o generalmente en perpendicular en el canal de drenaje vertical superior 4d o el canal de drenaje vertical inferior 4c. En tales realizaciones alternativas, el módulo exterior 2 puede colocarse en una porción inferior del cuerpo de alojamiento 4a, y el módulo de detección de turbidez 20 puede proporcionarse en una porción lateral del cuerpo de alojamiento 4a.

La figura 7 es una vista detallada que muestra una quinta disposición de sensor de turbidez según la invención. La disposición comprende una segunda unidad de reequipamiento 5 que se comunica con un canal de drenaje interior 18d. La segunda unidad de reequipamiento 5 es similar a la primera unidad de reequipamiento 4 mostrada en la figura 6. Sin embargo, la segunda unidad de reequipamiento 5 difiere de la primera unidad de reequipamiento 4, en que comprende un módulo de detección de turbidez somera 220 que tiene un módulo integral 3, en lugar de un módulo exterior 2 conectado por uno o más cables 6. En la realización particular mostrada, la segunda unidad de reequipamiento 5 está montada en el resto del conjunto de placa de filtro 1 en una orientación opuesta a la que se muestra para la primera unidad de reequipamiento 4 en la figura 6. Se entenderá fácilmente que la segunda unidad de reequipamiento 5 podría montarse alternativamente en la misma orientación que la que se muestra en la figura 6. Además, aunque no se muestra, la disposición de detección de turbidez somera 220 puede estar orientada, por el contrario, en un ángulo (por ejemplo, de 90 grados) con respecto a lo que se muestra. Por ejemplo, la cámara de medición de turbidez 19 puede extenderse diagonal o generalmente en perpendicular dentro del canal de drenaje vertical superior 4d o el canal de drenaje vertical inferior 40. Además, aunque no se muestra, el módulo integral 3 puede estar parcial o completamente empotrado dentro de las porciones exteriores del alojamiento 4a si las limitaciones de espacio impiden la opción de un módulo integral sobresaliente altamente visible 3.

La figura 8 es una vista detallada que muestra una sexta disposición de sensor de turbidez según la invención. Un canal de drenaje inferior 18c y un canal de drenaje lateral 18b se cruzan, permitiendo que el filtrado 50 se descargue desde un tubo de descarga de filtrado 15. Una pluralidad de aberturas de drenaje de filtrado inferiores 8c y aberturas de drenaje de filtrado laterales 8b permiten que los canales de drenaje inferiores 18c y laterales 18b se comuniquen con la cámara de filtro 14. Se puede proporcionar un módulo de detección de turbidez profunda 320 desde una porción lateral del conjunto de placa de filtro 1. Uno o más módulos integrales 3 se pueden conectar operativamente al módulo de detección de turbidez profunda 320 sin la necesidad de utilizar cables exteriores 6. El módulo integral 3 puede, como se muestra, estar montado para extenderse desde el conjunto de placa de filtro 1 en un lugar conveniente, por ejemplo, una porción lateral del conjunto de placa de filtro 1 que se puede ver fácilmente desde el lado del filtro prensa. Alternativamente, el módulo integral puede disponerse dentro de una porción o cavidad rebajada del conjunto de placa de filtro para un perfil más bajo. La circuitería se puede compartir entre el módulo de detección de turbidez profunda 320 y el módulo integral 3 para reducir el perfil y simplificar la construcción general del conjunto de placa de filtro 1. Se puede proporcionar una cubierta 3a al menos parcialmente translúcida o transparente alrededor del módulo integral 3 para protegerla y el módulo de detección de turbidez profunda 320. Como se muestra, en algunas realizaciones, la cubierta 3a puede formar parte del alojamiento o cuerpo del módulo de detección de turbidez profunda 320.

En algunas realizaciones, un módulo de detección de turbidez somera 220 puede disponerse desde una porción inferior del conjunto de placa de filtro 1 y disponerse dentro de una cámara de medición de turbidez 19 que se cruza con el canal de drenaje inferior 18c. Las porciones de detección del módulo de detección de turbidez somera 220 se pueden ubicar en porciones inferiores del canal de drenaje inferior 18c donde hay menos posibilidades de interrupciones como burbujas, aire, salpicaduras o flujo turbulento que podrían afectar negativamente la medición de turbidez.

La figura 10 es una vista isométrica de un módulo de detección de turbidez somera 20 según algunas realizaciones. El módulo de detección de turbidez somera 20 comprende un alojamiento 22 asegurable dentro de un conjunto de placa de filtro 1, una o más características de montaje tales como una placa de montaje 29 y medios de sellado tales como una o más juntas tóricas 21 dispuestas en una o más ranuras 27 en el alojamiento 22, o al menos una junta de estanqueidad 29d dispuesta dentro de una porción de retención 29a. En algunas realizaciones, la porción de retención 29a puede comprender un rebajo, una cavidad, un canal, una ranura anular o similar. En otras realizaciones, la porción de retención 29a puede ser una cara plana o lapeada capaz de proporcionar una junta. La placa de montaje 29 puede comprender uno o más orificios de montaje 29b y uno o más orificios roscados 29c configurados para recibir un tornillo de extracción (no mostrado). Con el tiempo, la junta de estanqueidad 29d y/o las juntas tóricas 21 pueden atascarse en porciones del conjunto de placa de filtro 1, o un módulo de detección de turbidez somera 20 puede incrustarse dentro de una cámara de medición de filtro 19. Enroscando uno o más tornillos de extracción en el uno o más orificios roscados 29c, la placa de montaje 29 y el alojamiento 22 pueden ser fácilmente desalojados del resto del conjunto de placa de filtro 1 por ventaja mecánica.

El módulo de detección de turbidez 20 comprende al menos un emisor óptico 24, 24a, 24b y al menos un detector óptico 28, 28a, 28b, 28c. Los emisores ópticos 24, 24a, 24b son capaces de emitir radiación electromagnética 32, incluyendo uno o más de las longitudes de onda visibles, infrarrojas, de espectro completo, UVC, UVA, UVB, y pueden comprender, por ejemplo, filamentos, bombillas, láseres, fibra óptica y/o diodos emisores de luz (LED). Los detectores ópticos 28, 28a, 28b, 28c pueden comprender, por ejemplo, uno o más radiómetros, fotómetros, fotodetectores, detectores fotónicos, fotovoltaicos, detectores fotoconductores, fototransistores, fotodiodos o similares.

Los emisores ópticos 24 y los detectores ópticos 28 pueden comprender ventanas protectoras selladas, tales como cristales ópticamente transparentes o translúcidos o paneles de polímero o recubrimientos transparentes que pueden servir para proteger los emisores y detectores frente a daños (por ejemplo, abrasión). Preferiblemente, los emisores ópticos 24, 24, 24b producen una o más longitudes de onda que complementan estratégicamente el color, el % de volumen de sólidos, las propiedades sólidas, las propiedades de fluido y las características de absorción de luz del filtrado producido por el conjunto de placa de filtro 1. También preferiblemente, los detectores ópticos 28 tienen una mayor sensibilidad a aquellas longitudes de onda que complementan estratégicamente el color, el % de volumen de sólidos, las propiedades sólidas, las propiedades de fluido y las características de absorción de luz del filtrado producido por el conjunto de placa de filtro 1. De esta manera, se utiliza diagnóstico de "punto ideal" para la medición de la turbidez. Se puede utilizar de manera intermitente más de una longitud de onda (por ejemplo, LED multicolor) para cubrir un amplio espectro de filtrados o filtrados que contienen una variedad de diferentes composiciones en partículas con diferentes propiedades de absorción de luz. Por ejemplo, los emisores ópticos 24, 24a, 24b pueden emitir una longitud de onda entre la luz visible amarilla/verde y roja para los procesos de filtración que producen filtrados de óxido férrico de color dorado. Como otro ejemplo, los emisores ópticos 24, 24a, 24b pueden emitir luz roja o infrarroja para los filtrados de arcilla oscura y pesada. Los emisores ópticos 24, 24a, 24b y los detectores ópticos 28, 28a, 28b, 28c pueden conectarse (por ejemplo, mediante soldadura) a una placa de circuito impreso común encapsulada dentro del alojamiento 22 por un material encapsulador protector 25 que tenga buenas propiedades dieléctricas. El "material encapsulador" 25 tal como se usa a lo largo de esta memoria y en las reivindicaciones adjuntas, puede ser cualquier material que sea adecuado para encapsular, proteger o sellar (por ejemplo, calafateo, espuma de celdas cerradas en expansión u otro material de relleno). El material encapsulador 25 también puede comprender propiedades que proporcionan resistencia a la abrasión, o que son adecuadas para unir las placas de desgaste protectoras a los mismos, incluidos los adhesivos. El material encapsulador puede comprender cualquier durómetro o propiedad adecuada, tal como resistencia a la tracción o resistencia a la cizalladura. El material encapsulador puede comprender además polímeros tales como plásticos duros, resinas epoxídicas y caucho. Un espacio 31 se extiende entre los emisores ópticos 24 y los detectores ópticos 28 para permitir que el filtrado 50 pase entre ellos como se discutirá más adelante. Aunque no se muestra, una o más placas de desgaste en forma de pequeños discos, baldosas, forros o revestimientos resistentes a la abrasión pueden disponerse en el espacio 31 de cualquier manera convencional. En un ejemplo no limitativo, una placa de desgaste construida de una pequeña baldosa de vidrio se puede fijar al módulo de detección de turbidez 20 por material encapsulador 25 u otro adhesivo aplicado al alojamiento 22.

La figura 11 es una vista en corte parcial isométrica de un módulo de detección de turbidez profunda 420 según algunas realizaciones. El módulo de detección de turbidez profunda 420 comprende de manera similar un alojamiento 422 asegurable dentro de un conjunto de placa de filtro 1, una o más características de montaje tales como una placa de montaje 429, medios de sellado tales como una o más juntas tóricas 421 dispuestas en una o más ranuras 427 en el alojamiento 422, o al menos una junta de estanqueidad 429d dispuesta dentro de una porción de retención 429a. En algunas realizaciones, la porción de retención 429a puede comprender un rebajo, una cavidad, un canal, una ranura, una superficie de sellado plana o similar. La placa de montaje 429 puede comprender uno o más orificios de montaje 429b y uno o más orificios roscados 429c configurados para recibir un tornillo de extracción (no mostrado). Con el tiempo, la junta de estanqueidad 29d y las juntas tóricas 421 pueden atascarse en otras partes del conjunto de placa de filtro 1, o el módulo de detección de turbidez profunda 420 puede incrustarse dentro de una cámara de medición de filtro 19. Enroscando uno o más tornillos de extracción en el uno o más orificios roscados 429c, la placa de montaje 429 y el alojamiento 422 se pueden desalojar fácilmente del conjunto de placa de filtro 1 por ventaja mecánica.

El módulo de detección de turbidez 420 comprende al menos un emisor óptico 424 y al menos un detector óptico 428. Los emisores ópticos 424 pueden comprender, por ejemplo, bombillas de filamento, láseres, fibra óptica o LED que emiten radiación electromagnética incluyendo una o más de las longitudes de onda visibles, infrarrojas, de espectro completo, UVC, UVA, UVB. Los detectores ópticos 428 pueden comprender, por ejemplo, radiómetros, fotómetros, fotodetectores/detectores fotónicos, fotovoltaicos, detectores fotoconductores, fototransistores, fotodiodos, o similares. Los emisores ópticos 424 y los detectores ópticos 428 pueden conectarse a una placa de circuito impreso compartido 426, que está encapsulada dentro de un recinto de circuitos 423 con material encapsulador 425. Uno o más cables 426b conectados a la placa de circuito impreso 426 forman un cable 6 que puede conectar a un módulo exterior 2 o integral 3. Un espacio 431 se extiende entre los emisores ópticos y los detectores ópticos para permitir que el filtrado 50 pase entre ellos como se discutirá más adelante. Una abertura central 423B en el alojamiento 422 puede proporcionar una abertura para que pase el cable 6. Se pueden proporcionar una o más aberturas laterales 423A en el alojamiento 422 para la fijación de la placa de montaje 429 al alojamiento 422 usando uno o más sujetadores 430. Como se muestra, en algunas realizaciones, el uno o más sujetadores 430 pueden comprender tornillos diametralmente opuestos. En otras realizaciones, el uno o más sujetadores 430 pueden comprender, sin limitación, remaches, soldaduras, sujetadores expansivos o adhesivos tales como epoxis industriales. Si bien no se muestra, una o más placas de desgaste en forma de pequeños discos resistentes a la abrasión, baldosas, forros o revestimientos pueden proporcionarse al espacio 431 de cualquier manera convencional. En un ejemplo no limitativo. una placa de desgaste construida con una pequeña baldosa de vidrio puede fijarse al módulo de detección de turbidez 420 por material encapsulador 425 u otro adhesivo aplicado al alojamiento 422.

La figura 12 es una representación esquemática que muestra la función de un módulo de detección de turbidez según algunas realizaciones. Cuando está en uso, el filtrado 50 que sale de la cámara de filtro 14 de un conjunto de placa de filtro 1 (y que tiene una cantidad de partículas 30 suspendidas en el mismo) entra en un canal de drenaje 18a-d y fluye a través del espacio 31 que separa los emisores ópticos 24a, 24b y los detectores ópticos 28a, 28b, 28c. Según una realización ejemplar y no limitativa, cuando un primer emisor óptico 24a y un segundo emisor óptico 24b están apagados, una primera tensión producida por un primer detector óptico 28a colocado en una primera dirección 41 con respecto al primer emisor óptico 24a puede ser registrada por un sistema de control 70 para determinar una línea base para ruido oscuro en esa ubicación particular. Las tensiones también pueden ser producidas por los detectores ópticos segundo 28b y tercero 28c que se colocan en las segundas direcciones 42 y tercera 43 que se extienden en los ángulos de dispersión primero 47a y segundo 47b, con respecto a la primera dirección 41, respectivamente. Los valores de tensión de los detectores ópticos segundo 28b y tercero 28c pueden ser registrados por un sistema de control 70, con el fin de determinar líneas base secundarias para ruido oscuro en ángulos de dispersión 47a, 47b. A continuación, el primer emisor óptico 24a puede excitarse para emitir energía electromagnética 32 durante un período de tiempo predeterminado. El primer detector óptico 28a puede producir una segunda tensión, que también es registrada por el sistema de control 70 para determinar una línea base primaria para luz directa (cuando el primer emisor óptico 24a está encendido). Del mismo modo, el sistema de control 70 puede registrar tensiones secundarias producidas por los detectores ópticos segundo 28b y tercero 28c para determinar las líneas base para la luz dispersa indirecta. Cuando se registran tensiones, el sistema de control 70 puede emplear algoritmos de "corte" estratégico 108 para acomodar diversos tiempos de retraso, incrementos de tensión y descensos de tensión.

Ejemplo 1

En algunas realizaciones, todas las líneas base para ruido oscuro pueden promediarse juntas y todas las líneas base para luz dispersa directa e indirecta pueden promediarse conjuntamente. La turbidez se puede aproximar como una función de la absorción total de luz, en donde la absorción total de luz se define por la diferencia de los promedios de línea base de oscura y luminosa como se muestra a continuación.

Cuando el primer emisor óptico 24a está apagado:

Tensión registrada @ 28a = V^oscura28a

Tensión registrada @ 28b = V^oscura28b

Tensión registrada @ 28c = V^oscura28c

AVG^oscuro= (V^oscura28a+ V^oscura28b+ V^oscura28c)/3

Promedio de línea base de ruido oscuro = AVG^oscuro

Cuando el primer emisor óptico 24a está encendido:

Tensión registrada @ 28a = V^clara28a

Tensión registrada @ 28b = Vciara²⁸b

Tensión registrada @ 28c = Vclara²⁸c

AVG^claro= (V^clara28a+ V^clara28b+ V^clara28c)/3

Promedio de línea base claro para el primer emisor óptico 24 a = AVG^claro,

Absorción total de luz = AVG^claro- AVG^oscuro,

donde la turbidez instantánea 604 = f (Absorción total de luz)

Ejemplo 2

Los pasos anteriores se pueden practicar con un segundo emisor óptico 24b espaciado del primer emisor óptico 24a, para proporcionar redundancia de respaldo, robustez y/o precisión en el módulo de detección de turbidez 20. Por ejemplo, cuando el primer emisor óptico 24a está apagado, el segundo emisor óptico 24b puede excitarse para emitir energía electromagnética 32 durante una cantidad predeterminada de tiempo. El sistema de control 70 puede registrar una tercera tensión del tercer detector óptico 28c, que se encuentra en una cuarta dirección 44 desde el segundo emisor óptico 24b, para determinar una línea base primaria para luz directa (cuando el segundo emisor óptico 24b es encendido). Del mismo modo, el sistema de control 70 puede registrar tensiones terciarias producidas por los detectores ópticos segundo 28b y primero 28a para determinar líneas base para la luz dispersa indirecta en las direcciones cuarta 45 y quinta 46 que se extienden en los ángulos tercero 48a y cuarto 48b, respectivamente. Cuando los emisores ópticos primero 24a y segundo 24b están apagados:

Tensión registrada @ 28a = V^oscura28a

Tensión registrada @ 28b = V^oscura28b

Tensión registrada @ 28c = V^oscura28c

AVG^oscuro= (V^oscura28a+ V^oscura28b+ V^oscura28c)/3

Promedio de línea base de ruido oscuro = AVG^oscuro

Cuando el primer emisor 24a está encendido y el segundo emisor óptico 24b está apagado:

Tensión registrada @ 28a = V^clara28a1

Tensión registrada @ 28b = V^clara28b1

Tensión registrada @ 28c = V^clara28c1

Cuando el primer emisor 24a está apagado y el segundo emisor óptico de 24b está encendido:

Tensión registrada @ 28a = V^clara28a2

Tensión registrada @ 28b = V^clara28b2

Tensión registrada @ 28c = V^clara28c2

AVG^claro= (V^clara28a1+ V^clara28b1+ V^clara28c1+ V^clara28a2+ V^clara28b2+ V^clara28c2)/6 Promedio de línea base claro para ambos emisores ópticos 24a y 24b = AVG^claro,

Absorción total de luz = AVG^claro- AVG^oscuro,

donde la turbidez instantánea 604 = f(Absorción total de luz)

Ejemplo 3

Aún más alternativamente, y como será evidente a partir del método 100 mostrado esquemáticamente en la figura 16, los emisores ópticos 24a, 24b pueden, en algunas realizaciones, pulsar intermitentemente 104 en una o más frecuencias predeterminadas (por ejemplo, entre aproximadamente 1 Hz a 1000 Hz) durante varias veces en cada uno de muchos ciclos de medición en el transcurso de un ciclo de filtración. El paso de pulsación 104 puede utilizarse para obtener una representación más precisa de la turbidez instantánea 604 del filtrado 50 que sale de la cámara de filtro 14. En otras palabras, la turbidez instantánea 604 puede determinarse a partir de un promedio de múltiples mediciones sucesivas muy rápidas. Puede ocurrir un ciclo único de pulsación 104, por ejemplo, durante el período de una fracción de segundo (por ejemplo, 1/4 de segundo) para aproximar la turbidez instantánea 604 durante dicho ciclo único. Cada pulso puede durar entre unos pocos milisegundos y unos pocos cientos de milisegundos. Como se representa visualmente en la figura 15, los ciclos de pulsación pueden ocurrir entre un tiempo t²y t³, después de que las cámaras de filtro 14 se llenen de papilla (entre el tiempo t⁰y t¹), y después de la purga inicial 102 cuando la turbidez del filtrado es la más alta (entre el tiempo t¹y t²). Las relaciones de las lecturas de tensión promediadas entre cada uno de los detectores ópticos 28a, 28b, 28c pueden ser registradas y utilizadas por el sistema de control 70 como se muestra a continuación.

Cuando los emisores ópticos primero 24a y segundo 24b están apagados, se registran N lecturas de ruido oscuro: Tensiones registradas @ 28a = [V^oscura28a1, V^oscura28a2, V^oscura28a3, V^oscura28aN]

Tensiones registradas @ 28b = [V^oscura28b1, V^oscura28b2, V^oscura28b3, V^oscura28bN]

Tensiones registradas @ 28c = [V^oscura28c1, V^oscura28c2, V^oscura28c3, V^oscura28cN]

AVG^oscuro28a= (V^oscura28a1+ V^oscura28a2+ V^oscura28a3... V^oscura28aN)/N

AVG^oscuro28b= (V^oscura28b1+ V^oscura28b2+ V^oscura28b3... V^oscura28bN)/N

AVG^oscuro28c= (V^oscura28c1+ V^oscura28c2+ V^oscura28c3... V^oscura28cN)/N

Cuando el primer emisor 24a está encendido y el segundo emisor óptico 24b está apagado, se registran N lecturas de luz:

Tensiones registradas @ 28a = [V^clara28a1, V^clara28a2, V^clara28a3, V^clara28aN]

Tensiones registradas @ 28b = [V^clara28b1, V^clara28b2, V^clara28b3, V^clara28bN]

Tensiones registradas @ 28c = [V^clara28c1, V^clara28c2, V^clara28c3, V^clara28cN]

AVG1 ^claro28a= (V1^clara28a1+ V1^clara28a2+ V1^clara28a3... V1^clara28aN)/N

AVG1 ^claro28b= (V1^clara28b1+ V1^clara28b2+ V1^clara28b3... V1^clara28bN)/N

AVG1 ^claro28c= (V1^clara28c1+ V1^clara28c2+ V1^clara28c3... V1^clara28cN)/N

Absorción promedio de luz directa del primer emisor 24a = AVG1^claro28a- AVG^oscuro28a= AVG^directo24a

Primera absorción promedio de dispersión = AVG1^claro28b- AVG^oscuro28b= AVG^disperso24a1

Segunda absorción promedio de dispersión = AVG1^claro28c- AVG^oscuro28c= AVG^disperso24a2

Primera relación de dispersión del primer emisor 24a = AVG^disperso28a1/ AVG^directo24a= R1^24a

Segunda relación de dispersión del primer emisor 24a = AVG^disperso28a2/ AVG^directo24a= R2^24a

Cuando el primer emisor 24a está apagado y el segundo emisor óptico 24b está encendido, se registran N lecturas de luz

Tensiones registradas @ 28a = V2^clara28a1, V2^clara28a2, V2^clara28a3, V2^clara28aN

Tensiones registradas @ 28b = V2^clara28b1, V2^clara28b2, V2^clara28b3, V2^clara28bN

Tensiones registradas @ 28c = V2^clara28c1, V2^clara28c2, V2^clara28c3, V2^clara28cN

AVG2^claro28a= (V2^clara28a1+ V2^clara28a2+ V2^clara28a3... V2^clara28aN)/N

AVG2^claro28b= (V2^clara28b1+ V2^clara28b2+ V2^clara28b3... V2^clara28bN)/N

AVG2^claro28c= (V2^clara28c1+ V2^clara28c2+ V2^clara28c3... V2^clara28cN)/N

Segunda absorción promedio de luz directa del segundo emisor 24b = AVG2^claro28a- AVG^oscuro28a= AVG^directo24bTercera absorción promedio de dispersión = AVG1^claro28b- AVG^oscuro28b= AVG^disperso24a1

Segunda absorción promedio de dispersión = AVG2^claro28c- AVG^oscuro28c= AVG^disperso24b2

Primera relación de dispersión del segundo emisor 24b = AVG^disperso24b1/ AVG^directo24b= R1^24b

Segunda relación de dispersión del segundo emisor 24b = AVG^disperso24b2/ AVG^directo24b= R2^24b

En donde la absorción total de luz = f(AVG^directo24a, AVG^directo24a, R1^24a, R2^24b, R2^24b) y la turbidez instantánea 696 = f(absorción total de luz).

Ejemplo 4

En una disposición sencilla para medir la transmisión óptica a través de un filtrado 50, un solo emisor óptico 24 ilumina la luz directamente hacia un único detector óptico 28, en donde el emisor 24 y el detector 28 se enfrentan entre ellos a través del flujo de filtrado líquido 50 que se ha de medir. La señal del detector óptico 28 indica qué fracción de la fuente de iluminación se transmite a través del filtrado 50 sin ser absorbida o dispersada angularmente alejándose del detector óptico 28. Esta fracción se puede definir como Transmisión (T), que tiene una relación lineal sencilla con la intensidad de la luz:

donde I^o= intensidad inicial sin absorción, e I = intensidad medida. La intensidad medida I generalmente está entre 0 y 1, o 0% y 100%). La transmisión T es una relación y, por lo tanto, es una propiedad adimensional. La transmisión a través de filtrados transparentes 50 que no contienen sustancias absorbentes puede usar un punto de referencia donde T = 1 (o 100%). Cuando la trayectoria óptica entre el emisor óptico 24 y el detector óptico 28 es tan absorbente que el detector 28 no recibe luz, entonces puede usarse un punto de referencia de T = 0 (o 0%). La relación entre T y la cantidad de materiales de absorción/dispersión que bloquean la trayectoria de la luz entre el emisor óptico 24 y el detector óptico 28 generalmente sigue la Ley de Beer-Lambert exponencial:

donde k = el coeficiente de absorción, y x = la longitud de la trayectoria óptica entre el emisor óptico 24 y el detector óptico 28. Dado que x es una medida definida en unidades de longitud, k también debe definirse en unidades de 1 /longitud, para que sea coherente con una relación T adimensional. Con niveles de turbidez más altos (es decir, filtrados más sucios 50 con más partículas 30), el valor de k aumenta y el valor de T disminuye. Si se conocen a priori las propiedades ópticas del material que contribuyen a la turbidez, entonces la longitud de la trayectoria óptico a través de la cámara de medición puede diseñarse para optimizar la sensibilidad y la señal/ruido. En tales casos. las dimensiones del espacio 31, 431 pueden personalizarse para un proceso de filtrado específico, composición de filtrado y/o composición de torta.

Los emisores ópticos 24 pueden excitarse continuamente o pueden apagarse selectivamente entre lecturas para reducir el consumo de energía. En tales realizaciones, una señal producida por un detector óptico 28 puede medirse tan a menudo como se desee, por ejemplo, solo en los momentos en que se excita un emisor óptico 28. La intensidad de la luz puede mantenerse constante, según tensión y la corriente proporcionados al emisor óptico 28. Tal esquema de medición básico puede usarse cuando la simplicidad y el bajo coste son una prioridad alta. Sin embargo, tales disposiciones pueden tener limitaciones. Por ejemplo, la luz ambiental o dispersa (luz medida por un detector óptico 28 que no proviene de un emisor óptico 24) puede hacer que el sistema sea susceptible a imprecisiones. En segundo lugar, tal sistema puede no ser capaz de distinguir claramente si la luz eliminada o no de una trayectoria directa entre el emisor 24 y el detector 28 fue eliminada por absorción o por dispersión (redirección angular). En algunas circunstancias, tales distinciones pueden ser importantes como se discutirá con más detalle a continuación. En tercer lugar, un sistema de medición tan básico carece de controles de precisión incorporados, que pueden ser útiles para tener en cuenta los efectos de "deriva" y/o fallo de los componentes electrónicos y ópticos, etc.

Ejemplo 5

Las perfecciones para mejorar la precisión de la medición pueden realizarse según la invención. Tales implementaciones mejoradas de los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420 pueden reducir el error de medición debido a la luz dispersa ambiental. Se pueden usar varios métodos individualmente o en conjunto, para mejorar la precisión.

En algunas realizaciones, se puede proporcionar blindaje a los módulos de detección de turbidez. El blindaje se puede lograr mediante el sellado óptico o cubriendo todo el sistema óptico con materiales opacos para evitar que la luz ambiental ingrese en el sistema de medición. El nivel de blindaje puede variar entre un blindaje ligero y un blindaje casi perfecto.

Ejemplo 6

En algunas realizaciones, se puede usar una disposición de filtro de paso de banda de longitud de onda limitada con los módulos de detección de turbidez descritos en la presente memoria. Por ejemplo, los emisores ópticos 24a, 24b y los detectores ópticos 28a, 28b, 28c se pueden combinar y adaptar o diseñar de forma complementaria para un mejor rendimiento dentro de un intervalo estrecho de longitudes de onda (es decir, colores). Tales intervalos de longitud de onda específicos pueden denominarse paso de banda o ancho de banda de banda de paso. En uso, puede sencillamente ignorarse cualquier luz dispersa que tenga una longitud de onda que quede fuera del paso de banda/ancho de banda.

Para los emisores ópticos de banda ancha 24, tales como lámparas incandescentes. los pasos de banda se pueden lograr usando un filtro óptico. Los emisores ópticos de banda estrecha 24, tales como los diodos emisores de luz (LED) y los láseres, son preferibles a los emisores ópticos de banda ancha 24, ya que inherentemente emiten luz en intervalos de longitud de onda estrechos. Además, los LED están fácilmente disponibles con pasos de banda de diferentes longitudes de onda y anchos, dependiendo de la tecnología de estado sólido utilizada. Además, los LED son económicos, versátiles y son excelentes emisores ópticos estables 24 para los fines y aplicaciones descritos en la presente memoria.

Los detectores ópticos 28 pueden incorporar muchas tecnologías electroópticas diferentes; sin embargo, las realizaciones preferidas incluyen fotodetectores basados en silicio en estado sólido, que generalmente son económicos, versátiles, estables y una buena combinación para los emisores ópticos LED 24. Los fotodetectores de silicio generalmente tienen una sensibilidad de longitud de onda de banda ancha que varía desde las longitudes de onda cercanas al UV o azul (~350-400 nm) hasta longitudes de onda del infrarrojo cercano (NIR, ~ 1000-1100 nm). La mayor sensibilidad de los detectores de silicio está en el NIR, o entre aproximadamente 850 y 950 nm. Para lograr un paso de banda estrecho con detectores de silicio, puede ser necesario un filtro óptico u otros medios tecnológicos para filtrado adicional. El filtro óptico u otros medios tecnológicos para proporcionar filtrado adicional pueden incorporarse directamente en el detector óptico 28 o aplicarse indirectamente a partes del mismo. En algunas realizaciones preferidas donde el filtrado excesivo es innecesario, se puede usar un paso de banda de IR cercano centrado entre aproximadamente 850 y 950 nm. No solo es un intervalo de longitud de onda eficiente para los emisores LED 24 y los detectores ópticos basados en silicio 28, sino que muchas luces interiores, especialmente fluorescentes, emiten generalmente poca o ninguna energía competitiva en el intervalo del infrarrojo cercano.

Ejemplo 7

Otra forma de eliminar los efectos de la posible luz ambiental dispersa de las mediciones ópticas es a través de una técnica conocida como "corte". Aquí, se toman medidas rápidas separadas de la señal producida por un detector óptico 24. Las medidas rápidas se toman tanto mientras un emisor óptico 24 suministra luz, como cuando el emisor óptico 24 no está suministrando luz. Las señales producidas por los detectores ópticos 28 y medidas mientras los emisores 24 suministran luz se denominan generalmente señales de luz. Las señales producidas por los detectores ópticos 28 y medidas mientras los emisores ópticos están apagados, bloqueados o no producen luz, se denominan señales oscuras. Las señales oscuras generalmente se deben a ruido o fuentes ambientales de luz distintas de los emisores ópticos. Una sencilla resta matemática para cada medición (por ejemplo, señal luminosa-señal oscura) produce la señal deseada, precisa, verdadera o señal con oscuro corregido.

Se pueden utilizar ventajosamente técnicas de corte tales como las que incorporan una rueda ranurada mecánica giratoria para alternar continuamente entre dejar pasar la luz y bloquearla. Por ejemplo, un mecanismo de tipo rueda hidráulica (no mostrado) puede estar dispuesto dentro del espacio 31, 431 entre un emisor 24 y un detector 28. El mecanismo de tipo rueda hidráulica puede girar en virtud de las fuerzas hidráulicas del filtrado 50 que fluye a través de los canales de drenaje 18a-d y entre los espacios 31,431 y puede servir para cortar ópticamente las mediciones del detector óptico para obtener señales con oscuro corregido.

Alternativamente, si se usan dispositivos de estado sólido tales como LED para los emisores 24, entonces el corte electrónico puede realizarse sencillamente pulsando el encendido y apagado del emisor 24 en sucesión rápida. Cabe señalar que los emisores ópticos 24 y los detectores ópticos 28 y sus circuitos pueden no responder "instantáneamente" a cambios bruscos en la potencia o la señal de luz, sino que pueden tener constantes de tiempo capacitivas. Por lo tanto, se prevé que el diseño de tales dispositivos que utilizan técnicas de corte incorporará una velocidad de corte que es: A) lo suficientemente rápida como para corregir con precisión en cualquier momento fuentes de luz dispersa que varían en el tiempo, pero B) lo suficientemente lenta como para permitir que los componentes electro-ópticos se estabilicen para lecturas precisas.

Mediante el uso de componentes económicos tales como LED y fototransistores, se pueden utilizar velocidades de corte relativamente lentas de unos pocos cientos de Hz o menos. Tales tasas son más que adecuadas para las aplicaciones de medición de turbidez en diagramas de flujo de filtración.

Ejemplo 8

Mediante fenómenos de "absorción" y/o "dispersión", la radiación electromagnética directa 32 que se emite desde los emisores ópticos 24a, 24b, 24 en forma de haces de luz concentrados podría debilitarse antes de su detección por los detectores ópticos 28a, 28b, 28c. La absorción podría ocurrir cuando parte de la energía luminosa producida por un emisor 24 es absorbida por el filtrado 50 y/o las partículas 30 que pasan por el emisor 24. La dispersión puede ocurrir mediante una combinación de reflexión, refracción y difracción, donde parte de la energía luminosa producida por un emisor 24 se difunde a través del filtrado 50 y se cambia por partículas 30 en su interior, por ejemplo, en forma de partículas de turbidez suspendidas sólidas 30 o gotas de líquido inmiscibles. Ejemplos comunes de dispersión incluyen el comportamiento de los faros delanteros en la niebla (gotas de agua suspendidas en el aire), cielo azul (longitudes de onda cortas de luz dispersadas por moléculas atmosféricas) y la apariencia lechosa del agua cuando se mezcla con una pequeña cantidad de polvo blanco de grano fino (por ejemplo, harina, almidón de maíz, relaves mineros limpios). La dispersión es una función complicada de la longitud de onda, el índice de refracción del fluido y las propiedades de las partículas de las partículas 30, tales como el índice de refracción, la absorbancia, el tamaño y la forma de las partículas. En general, las siguientes condiciones favorecen una mayor dispersión: a) partículas relativamente transparentes (no absorbentes); b) partículas con un índice de refracción diferente del fluido circundante; c) partículas que son de menor tamaño; y d) luz de longitud de onda más corta.

La energía de la luz redirigida podría no ser siempre detectada por los detectores ópticos 28a, 28b, 28c, ya que puede seguir otras trayectorias 42, 43, 46, 45 y ángulos 47a, 47b, 48a, 48b que se desvían más allá del haz original 41, 44 de radiación electromagnética 32 y muy fuera de la zona de detección de los detectores ópticos 28a, 28b, 28c. Dependiendo de las propiedades ópticas de las partículas 30, las mediciones realizadas por los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420 a menudo se pueden mejorar compensando la dispersión agregando uno o más detectores ópticos "fuera de ángulo" 28b, 28c además de un detector óptico de haz directo 28a. Los detectores ópticos "fuera de ángulo" miden la dispersión de la luz de medida en dispersión en los ángulos 47a, 47b fuera del haz directo 41 desde un emisor óptico 24a.

En un caso, un solo detector óptico 28a puede colocarse en una primera dirección 41 que sigue la trayectoria de línea de visión directa de un haz de radiación electromagnética 32 que sale de un emisor óptico 24a. En otras palabras, el detector 28a mira directamente, o se enfrenta, al emisor óptico 28a. Se puede colocar un segundo detector óptico 28b en uno o más ángulos 47a con respecto a la primera dirección 41. Por ejemplo, el segundo detector óptico 28b puede colocarse a 90° (o perpendicular) con respecto al emisor óptico 24a.

La relación señal lateral/señal directa puede obtenerse registrando mediciones de señal del primer detector óptico 28a (señal directa) y el segundo detector óptico 28b (señal lateral). Tal relación es una medida bastante sensible de la turbidez y, debido a que el resultado es ratiométrico, tiene la ventaja de ser insensible a las posibles variaciones de intensidad de luz del emisor óptico 24a. Para un fluido perfectamente claro sin turbidez, el primer detector óptico 28a medirá generalmente una señal fuerte, mientras que el segundo detector óptico 28b de 90° probablemente no medirá ninguna señal. Por lo tanto, la relación se acercará a 0. A medida que se agregan contaminantes que causan turbidez o cuando aumenta el particulado 30 dentro del filtrado 50 a las telas de filtro fallidas, se difunde progresivamente más luz desde el haz directo 41, aumentando la señal lateral a expensas de la señal directa, moviendo la relación más cerca de 1.

Sin embargo, la cantidad de dispersión y el intervalo de ángulos de dispersión 47a, 47b, 48a, 48b pueden ser altamente dependientes de la absorbencia o transparencia de las partículas 30. Para medir una señal lateral significativa de un detector óptico que se coloca a 90° con respecto a la primera dirección 41 del haz directo del emisor, el fotón promedio de luz emitida podría necesitar dispersar muchas partículas diferentes dentro de las partículas 30, para aleatorizar la distribución angular de energía ("dispersión múltiple"). Para que haya una cantidad significativa de dispersión múltiple, las partículas 30 pueden necesitar ser muy transparentes, de tal modo que sea baja la probabilidad de que un fotón determinado sea absorbido en un evento de dispersión dado. Si las partículas 30 absorben un 1% (muy transparente), entonces el fotón promedio emitido por el emisor óptico 24a podría sobrevivir estadísticamente a casi 70 eventos de dispersión sin ser absorbido, y la luz podrá redistribuirse en un amplio intervalo de ángulos. Sin embargo, con partículas que absorben un 10% (por ejemplo, un polvo bastante blanco), el fotón promedio emitido por el emisor óptico 24a generalmente sobrevivirá solo a 7 eventos de dispersión, en donde la intensidad de la luz dispersa se reducirá con cada evento de dispersión y se concentrará en ángulos más cercanos al haz directo 41 (lo que se denomina "dispersión frontal").

Con unas partículas 30 altamente absorbentes, tales como partículas de carbono, partículas de mineral de cobre y partículas de mineral de molibdeno, se produce muy poca o esencialmente ninguna dispersión. La mayoría de los fotones que golpean las partículas 30 son generalmente absorbidos y no serán detectados por un segundo detector óptico 24b en ningún ángulo 47a, 47b. La mayoría de los fotones que sobreviven para ser detectados por el primer detector óptico 24a son probablemente los que evitan golpear las partículas 30 en primer lugar, y estos fotones seguirán la primera dirección 41 en su trayectoria original directamente desde el emisor 24a al primer detector 28a.

Por estas razones, los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420 de la presente invención pueden estar diseñados óptimamente para las características específicas de las partículas 30. En algunos casos, un módulo de detección de turbidez puede comprender un segundo detector óptico 28b a 90° con respecto a la primera dirección 41 donde se esperan unas partículas 30 de color muy claro y de absorción débil. Tales configuraciones (no mostradas) pueden ser particularmente útiles para el procesamiento de alimentos, el tratamiento de aguas residuales y las aplicaciones de supervisión ambiental del agua. Sin embargo, la mayoría de los materiales geológicos tienen una mayor absorción óptica y, por lo tanto, exhiben una dispersión reducida y un dominio de la dispersión frontal sobre la dispersión lateral. La figura 12 muestra un ejemplo representativo de tal módulo diseñado con geometrías de sensor-turbidez optimizadas, en el que uno o más detectores ópticos 28b, 28c miden luz dispersa en los ángulos 47a, 47b, 48a, 48b que son más pequeños que 90° con respecto a los emisores ópticos primero 24a y/o segundo 24b. Tales ángulos más pequeños 47a, 47b, 48a, 48b pueden ser, por ejemplo, menores, ligeramente mayores o iguales que aproximadamente 30°-45°.

Ejemplo 9

Cuando se usan como emisores ópticos 24, los LED pueden exhibir un intervalo estadístico de eficiencia de brillo de unidad a unidad, para una potencia eléctrica dada. Del mismo modo, los fotodetectores de silicio pueden tener variaciones de unidad a unidad en su sensibilidad. Tales variaciones pueden abordarse caracterizando la respuesta combinada de cada par de emisor/detector óptico, y luego "ecualizando" la respuesta. La ecualización de la respuesta se puede lograr, por ejemplo, utilizando hardware (por ejemplo, ajustando la corriente del LED para obtener más o menos luz) o utilizando software (por ejemplo, aplicando numéricamente uno o más factores de corrección almacenados para una medida dada). Si bien tales pasos de calibración extraños podrían aumentar ligeramente el coste de los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420, generalmente proporcionan una mayor precisión incluso cuando se usan componentes baratos y altamente variables. El rendimiento de los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420 descritos en la presente memoria puede mejorarse adicionalmente utilizando múltiples emisores ópticos 24a, 24b y/o detectores ópticos múltiples 28a, 28b, 28c. De esta manera, la redundancia puede servir para mejorar la fiabilidad, especialmente con componentes ópticos de emisor 24 y detector 28 no calibrados de bajo coste.

En un ejemplo, al menos dos emisores ópticos independientes 24a, 24b y al menos dos detectores ópticos 28a, 28c pueden proporcionarse a un módulo de detección de turbidez 20, en el que cada uno de los al menos dos detectores ópticos 28a, 28c están ubicados en unas direcciones primera 41 y cuarta 44. Las direcciones primera 41 y cuarta 44 siguen las trayectorias de línea de visión directa de la radiación electromagnética 32 dejando los al menos dos emisores 24a, 24b (es decir, no hay dispersión en las direcciones primera 41 y cuarta 44). Se toman medidas independientes a través del mismo filtrado 50 con cada par emisor/detector acoplado 24a, 28a; y 24b, 28c. Los dos resultados se promedian, reduciendo estadísticamente las imprecisiones relacionadas con las variaciones de parte a parte descritas anteriormente. Para muchas aplicaciones de medición de turbidez, la precisión resultante a través del promedio será adecuada para eliminar la necesidad de una calibración personalizada. Un segundo beneficio del uso de múltiples emisores ópticos 24a, 24b y múltiples detectores ópticos es la "detección de errores" y la "redundancia". Por ejemplo, si un par emisor/detector óptico 24a, 28a; o 24b, 28c devuelve resultados inválidos consistentemente, o, si los resultados de múltiples pares emisores/detectores ópticos 24a, 28a; 24b, 28c no están de acuerdo o se extienden más allá de los límites preestablecidos, se detecta un fallo en el módulo de detección turbidez 20. Al detectar un fallo, el módulo 20 puede comunicar una condición de error que indica un fallo parcial o un fallo total. Tales comunicaciones pueden ser inalámbricas 94 o cableadas 95 y pueden activar una acción correctiva apropiada (por ejemplo, una alarma 80 que indica la necesidad de reemplazar un módulo de detección de turbidez 20). Si se detecta un fallo parcial, otra opción podría comprender comunicar un error, pero continuar proporcionando datos de turbidez de los pares restantes emisor/detector óptico 24a, 28a; 24b, 28c. En algunas aplicaciones industriales, tales comunicaciones 94, 95 podrían ayudar a distinguir entre los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420 que deben reemplazarse con urgencia, y los módulos que pueden continuar utilizándose hasta un momento más conveniente para su reemplazo (por ejemplo, durante un período de mantenimiento rutinario programado).

Ejemplo 10

Se puede usar alternativamente una implementación más sofisticada que también incorpora medidas de dispersión, como se muestra explícitamente en la figura 12. Una primera secuencia de medición usa un primer emisor 24a como fuente de luz. Las lecturas de intensidad se toman, a su vez, para los detectores ópticos 28a, 28b y 28c. En tal ejemplo, un primer detector óptico 28a es el dispositivo de medición de haz directo 41, mientras que un segundo detector óptico 28b detecta una dispersión frontal de ángulo bajo en un ángulo 47a, y un tercer detector óptico 28c detecta una dispersión frontal de ángulo alto en un ángulo 47b. Una segunda secuencia de medición utiliza un segundo emisor 24b como fuente de luz, donde el detector óptico 28c es la medición del haz directo 44, el detector óptico 28b mide la dispersión frontal en ángulo bajo en un ángulo 48a, y el detector óptico 28a mide la dispersión frontal con ángulo más alto en un ángulo 48b. Con componentes perfectamente precisos y calibrados, estas dos secuencias de medición de imágenes especulares podrían proporcionar teóricamente datos idénticos. Sin embargo, debido a que los componentes utilizados dentro de los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420 no son perfectos y son susceptibles de variación de unidad a unidad, se puede usar una comparación de los datos de imagen especulares y las relaciones de datos de los mismos para mejorar la precisión y agregar redundancia al sistema como se describe en los párrafos mencionados anteriormente. Por supuesto, se anticipa que muchos otros refinamientos metodológicos tales como el corte (descrito en 2c, arriba) pueden combinarse ventajosamente con estos y otros algoritmos utilizando múltiples emisores 24 y detectores ópticos 28 para mejorar aún más la precisión y consistencia de la medición.

Ejemplo 11

Otra característica única de la presente invención es que, dependiendo de la coloración ("transmisión/absorción dependiente de la longitud de onda") del filtrado 50 y/o las partículas 30 que causan turbidez, la longitud de onda operativa de los emisores ópticos 24a, 24b y los detectores ópticos 28a, 28b, 28c pueden elegirse juiciosamente, caso por caso, para optimizar la sensibilidad y precisión de las mediciones de turbidez. La figura 17 muestra representaciones esquemáticas de espectros para tres líquidos sin turbidez. Como se muestra, "Agua Pura" tiene una alta transmisión óptica (baja absorción) en todas las longitudes de onda en el infrarrojo visible y cercano (VNIR) y, por lo tanto, no dicta en sí misma un intervalo de longitud de onda específico para mediciones óptimas. Por consiguiente, los módulos de detección de turbidez definidos en la presente memoria comprenden refinamientos que optimizan el rendimiento seleccionando una longitud de onda apropiada de energía luminosa emitida por los emisores ópticos 24.

Por ejemplo, filtrados 50 ricos en cobre compuestos de agua y una cantidad significativa de cobre disuelto (del procesamiento del mineral de cobre) pueden comprender un color azul visualmente transparente. Por lo tanto, los emisores ópticos 24 y los detectores 28 para su uso en procesos que involucran filtrados ricos en cobre 50 se elegirían mejor para operar en la región azul o azul-verde (o entre aproximadamente 350 nm y 500 nm), donde el fluido es más transparente. En comparación, los emisores ópticos 24 y los detectores 28 que operan exclusivamente en la región roja e infrarrojo cercano (o entre aproximadamente 600 nm y 1050 nm) probablemente no sean adecuados para usarlos en tales filtrados ricos en cobre, porque la mayor parte de la luz producida por los emisores 24 probablemente terminaría siendo absorbida por el propio líquido antes de su detección por los detectores ópticos 28.

Un ejemplo diferente de un filtrado 50 fuertemente coloreado podría incluir óxido férrico (Fe3+). El hierro es muy común en los materiales geológicos, y el hierro férrico (oxidado) exhibe una absorción óptica intensa a longitudes de onda visibles más cortas (por ejemplo, azul y verde). Visualmente, esto conduce a fuertes colores característicos de amarillo, naranja, marrón oxidado y/o rojo. La mejor transmisión óptica a través de tal filtrado estaría, en cambio, en el intervalo de IR cercano (entre aproximadamente 800 nm y 1050 nm). Por consiguiente, para los procesos de filtración que implican filtrados de óxido férrico 50, los emisores ópticos 24 y los detectores 28 favorecerían preferiblemente este intervalo operativo para una mejor detección de turbidez.

Los contaminantes y/u otras partículas 30 que contribuyen a la turbidez de un filtrado 50 también pueden tener características dependientes de la longitud de onda que entran en juego para la optimización. Por ejemplo, la figura 18 muestra representaciones esquemáticas de espectros para tres tipos de sólidos que son comunes en la industria minera:

"Concentrado de Cu" es mineral de cobre concentrado, que es principalmente entre gris oscuro y negro en todas las longitudes de onda en las longitudes de onda visibles e infrarrojo cercano (VNIR). Casi todos los fotones que interactúan con unas partículas de este material serán absorbidos y habrá muy poca dispersión (como se discutió anteriormente). Otros materiales con alta absorción similar en las longitudes de onda VNIR incluyen mineral de carbono, de carbón y de molibdeno. Ninguno de estos sólidos por sí mismos dictaría una longitud de onda particular para optimizar las mediciones.

"Relaves de mina limpios" representa roca finamente triturada (típicamente silicatos y/o carbonatos) en los que se han eliminado minerales durante el proceso de refinación. En muchos casos, la transmisión óptica es mucho más alta (y la absorción mucho más baja) que el concentrado de cobre; sin embargo, estas propiedades ópticas no varían mucho en función de la longitud de onda. En otras palabras, los materiales como los relaves limpios no dictan encarecidamente una longitud de onda operativa óptima basada directamente en la transmisión y absorción. Por el contrario, cuanto menos absorbente de la turbidez es el material, mayor será la dispersión, que se puede utilizar para un buen beneficio diagnóstico como se discutió anteriormente.

Los "sólidos que contienen Fe3+" representan una clase común de partículas 30 que tienen características espectrales de los sólidos que contienen óxido férrico. En general, no son necesarias altas concentraciones de óxido férrico para producir filtrados que tengan fuertes características de color. Por ejemplo, en un material que de otro modo no sería absorbente (por ejemplo, arcilla, sílice, alúmina), un contenido de hierro férrico tan pequeño como un mínimo porcentaje puede producir un espectro que tenga fuertes características de absorción del UV a través de la mayoría de las longitudes de onda visibles, con poca absorción en el IR cercano. En tal caso, la optimización de los emisores 24 y los detectores 28 debe tener en cuenta las características espectrales tanto de las partículas 30 como del fluido no turbio dentro del filtrado 50. Dado que el agua pura es el fluido no turbio dentro del filtrado 50, una longitud de onda operativa corta probablemente dará una sensibilidad máxima a los sólidos, lo cual es deseable para detectar bajas concentraciones de sólidos en una longitud de trayectoria óptica corta. Por el contrario, si se van a medir concentraciones de sólidos más altas y/o la longitud de la trayectoria óptica es más larga, una longitud de onda más larga en rojo o en el IR cercano sería más deseable, donde el óxido férrico menos marcadamente absorbente. En el caso de los filtrados ricos en cobre, el espectro de la fracción líquida del filtrado 50 limitaría la operación práctica a longitudes de onda de aproximadamente 550 nm y más cortas. En estas longitudes de onda, los sólidos ricos en hierro se comportarían de manera similar al concentrado de cobre y a otros sólidos muy oscuros, esencialmente negros.

Ejemplo 12

Otro ejemplo adicional de optimización y reequipamiento de componentes del módulo de detección de turbidez basados en composiciones del filtrado 50 y de las partículas 30 podría comprender adaptar los emisores 24 y los detectores 28 para que funcionen simultáneamente bien con líquidos ricos en hierro y sólidos ricos en hierro, cada uno con características de espectro similares. En tales casos, considerando solo la fracción líquida del filtrado 50, la longitud de onda operativa debe ser lo más larga posible, preferiblemente en el infrarrojo cercano (NIR), donde el líquido es más transparente. Sin embargo, la detección sensible de sólidos de ricos en hierro durante la medición de turbidez generalmente dicta el uso de longitudes de onda más cortas, donde el sólido absorbe más fuertemente. Claramente, en este caso, las compensaciones deberán considerarse cuidadosamente al determinar los intervalos óptimos de longitud de onda operativa para los emisores 24 y los detectores 28. También se deben considerar otros factores, que incluyen: el intervalo de concentración de sólidos de interés, la longitud de la trayectoria óptica, y la optimización de las medidas de dispersión mediante detectores ópticos 28b, 28c fuera de ángulo 47a, 48b.

A partir de los ejemplos anteriores, que se han mostrado solo con fines prácticos, ejemplares y no limitantes, se puede ver que los esquemas de medición varían de sencillos a complejos, dependiendo de cuánta precisión y sensibilidad se desee para una aplicación de medición de turbidez dada. Por lo tanto, se anticipa que una cualquiera o más de las opciones de implementación discutidas en la presente memoria se pueden usar solas o en concierto.

La turbidez instantánea 604 se puede calcular en diferentes momentos durante un ciclo de filtración (figura 15). Si, en cualquier momento particular en el tiempo o marco temporal, dentro de un ciclo de filtración (por ejemplo, entre el tiempo t²y t3), el promedio 602 de turbidez instantánea 604 del filtrado 50 se considera mayor que un valor umbral predeterminado 600, el sistema de control 70 puede emitir un código de fallo (por ejemplo, un valor binario "0" o "falso"), que dispara una alarma 80. La alarma 80 puede indicar a un operador que la tela de filtro asociada con un conjunto de placa de filtro particular 1 necesita mantenimiento o reemplazo. Después de restablecer la alarma 80, el sistema de control puede emitir un código rectificado (por ejemplo, un valor binario "1" o "verdadero"), que desactiva la alarma 80. En algunas realizaciones, la alarma 80 puede restablecerse agitando una varilla magnética de reinicio 97 cerca del módulo de detección de turbidez 20, la unidad de interfaz 60 o el sistema de control 70 que, a su vez, restablece un interruptor de disparo de manera similar a lo que se describe en la patente US N° 4.837.552. En otras realizaciones, la alarma 80 puede reiniciarse con una pulsación de tecla desde un panel de control del operador remoto o presionando un botón de reinicio en un dispositivo de control portátil.

En algunas realizaciones, los módulos de detección de turbidez individuales 20, 220, 320, 420 en conjuntos de placa de filtro de un filtro prensa pueden permanecer en un estado "en espera" de ahorro de energía durante el funcionamiento normal del filtro, en el que un módulo de detección de turbidez principal (no mostrado) puede ubicarse en la descarga del filtrado principal de un filtro prensa. El módulo principal de detección de turbidez puede servir para supervisar continuamente la turbidez instantánea 604 de todo el filtrado 50 que sale colectivamente del filtro prensa, como un todo. Si, en cualquier momento o período de tiempo dentro de la operación, la turbidez del filtrado que sale del filtro prensa (colectivamente, como un todo) excede un cierto umbral predeterminado 600, el sistema de control 70 puede instruir a los módulos de detección de turbidez individuales 20, 220, 320, 420, provistos con cada conjunto de placa de filtro 1, para que eliminen el estado de espera y se activen a plena potencia, para determinar cuál de los conjuntos de placa de filtro 1 en la pila está causando el aumento de la turbidez del filtrado. Por consiguiente, los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420 descritos en la presente memoria pueden adaptarse para funcionar en diversas capacidades durante diferentes situaciones sin limitación.

La figura 13 es una representación esquemática que muestra un sistema de detección de turbidez según algunas realizaciones. Uno o más módulos de detección de turbidez 20 en los mismos o diferentes conjuntos de placa de filtro 1 se comunican con una unidad de interfaz 60 a través de un dispositivo inalámbrico 94 o un medio cableado 95. La unidad de interfaz 60 puede estar separada o integrada con los módulos mismos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420, un conjunto de placa de filtro 1 o un filtro prensa en su conjunto. La unidad de interfaz 60 se comunica con un sistema de control 70 a través de un sistema inalámbrico 90 o un medio cableado 91. El sistema de control también puede estar separado o integrado con los propios módulos de detección de turbidez, el conjunto de placa de filtro o el filtro prensa en su conjunto. Una alarma 80 puede estar operativamente conectada al sistema de control 70, a la unidad de interfaz 60 o a los módulos de detección de turbidez 20 a través de la conexión inalámbrica 92 o los medios cableados 93. Una o más fuentes de alimentación 69, por ejemplo, una fuente de alimentación de corriente continua, tal como una batería, se puede proporcionar a uno o más de los módulos de detección de turbidez 20, la unidad de interfaz 60, el sistema de control 70, o la alarma 80. En algunas realizaciones, se puede usar una varilla de reinicio magnética 97 para reiniciar la alarma 80 que mueve (sin contacto físico) un interruptor de disparo magnético cuando la varilla de reinicio 97 se encuentra cerca de la alarma 80. Se entenderá por los expertos en la técnica que la varilla de reinicio 97 puede utilizar alternativamente RFID u otras tecnologías de proximidad remota o sin contacto. Además, el reinicio de la alarma 80 se puede hacer físicamente presionando un botón de reinicio conectado operativamente al sistema de control y alarma 70.

Para una de las realizaciones mencionadas anteriormente, se puede proporcionar una fuente de alimentación 69, tal como una batería de 12 V CC dentro del módulo de detección de turbidez 20, 220, 320, 420, unos módulos exteriores 2 o módulos integrales 3 descritos. Además, se puede proporcionar un sistema de control 70 a uno o más de los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420, módulos exteriores 2, módulos integrales 3 o conjuntos de placa de filtro 1 mostrados. El sistema de control 70 puede comprender, por ejemplo, un controlador lógico programable (PLC) o un controlador de automatización programable (PAC) con uno o más puertos seriales precableados, módulos, unos cables 6, interfaces de bus serie u otras tecnologías de comunicación inalámbrica que son bien conocidas en la técnica (por ejemplo, 1 Mbits/s Bluetooth; 802.11 Wi-Fi; 20, 40 o 250 Kbits/s ZigBee®; 100 500 Mbits/s Ultra Wide Band; 62.5 Kbits/s USB inalámbrico; 20-40 Kbits/s, 115 Kbits/s, o 4 y 16 Mbits/s IR inalámbrico). Se pueden incorporar interfaces de bus paralelas y tecnologías de comunicación inalámbrica para permitir que los módulos 2 entre los conjuntos de placa de filtro 1 se comuniquen en un solo bus o plataforma. Las plataformas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) se pueden utilizar ventajosamente para proporcionar funcionalidad de CPU al sistema de detección de turbidez mientras se mantiene la simplicidad y fiabilidad del PLC.

También se puede proporcionar una alarma 80 a cualquiera de los módulos de detección de turbidez profunda 420 o módulos 2, 3 para señalizar un fallo en una tela de filtro, verificar que funciona una tela de filtro, determinar un error en el software o detectar hardware roto en el sistema de detección de turbidez. La alarma podría comprender, por ejemplo, una fuente de luz como uno o más LED brillantes. Se pueden usar varios LED con diferentes colores para indicar diversos grados de alarma o diferentes estados.

Por ejemplo, un LED de color verde puede excitarse para señalizar que funciona correctamente un conjunto de placa de filtro 1 y/o que funciona correctamente un módulo de detección de turbidez 20. Un LED de color naranja, cuando está encendido, puede indicar que la turbidez local está aumentando y que un cambio de tela de filtro para un conjunto de placa de filtro particular 1 es inminente en el futuro cercano. Un LED de color rojo, cuando está encendido, puede indicar un fallo corriente de algún tipo, tal como una tela de filtro muy dañada. También se pueden utilizar LED multicolores en las alarmas, así como LED de un solo color. En algunas realizaciones, los LED pueden preprogramarse para parpadear a diferentes frecuencias o brillar con diferentes brillos para transmitir diferentes significados. Por ejemplo, un LED pulsante rápido único de pulso rápido puede indicar que el mantenimiento de la tela de filtro es inmediatamente necesario para un conjunto de placa de filtro 1 dado, mientras que un pulsado lento de la alarma 80 de LED único puede indicar que el mantenimiento de la tela de filtro en un conjunto de placa de filtro particular 1 puede ser pospuesto por un tiempo determinado o indefinidamente. Alternativamente, un resplandor sólido no pulsante puede servir como un indicador de verificación de que una batería interna, un cable exterior u otra fuente de energía 69 todavía está completamente operativa. En algunos casos, los LED pueden servir para indicar que los módulos de detección de turbidez 20, 420 o las unidades de reequipamiento 4, 5 están defectuosos (por ejemplo, parpadeando según diversos patrones o código Morse).

Las alarmas 80 pueden proporcionarse alternativamente como zumbadores de sonido que tienen diversos matices, tonos, frecuencias o melodías para indicar información diferente. Las señales electrónicas, por ejemplo, en forma de una o más tensiones constantes o variables pueden transmitirse a un sistema de control 70. En algunas realizaciones, las señales electrónicas podrían formar uno o más de una pluralidad de mensajes de caracteres predeterminados en una pantalla de presentación electrónica grande. En algunas realizaciones, la señal electrónica puede afectar a un parámetro de control del filtro prensa (por ejemplo, activar un interruptor de apagado, ajustar el tiempo de ciclo, etc.). Dichas alarmas alternativas se pueden usar solas o en concierto con una o más de las alarmas visuales descritas anteriormente.

A fin de garantizar que los espacios 31,431 de los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420 descritos en la presente memoria estén orientados correctamente para estar en alineación adecuada con los canales de drenaje 18a-d, se puede emplear una característica clave de orientación única en la placa de montaje 29, 429. Tal característica clave puede ser una protuberancia que puede aceptarse en un rebajo dentro de un conjunto de placa de filtro 1 en una sola orientación espacial. Alternativamente, tal característica clave puede proporcionarse mediante orificios de montaje 29b, 429b dispuestos en un patrón único que solo coincidirá con otras partes del conjunto de placa de filtro 1 en una sola orientación. Al controlar o variar los grosores de las placas de montaje 29, 429 o las longitudes totales de los alojamientos 22, 422, puede controlarse la profundidad de inserción de los módulos de detección de turbidez 20, 220, 320, 420 en las cámaras de medición de turbidez 19, optimizando aún más la colocación de los emisores ópticos 24 y detectores 28 dentro de corrientes de filtrado que fluyen a través de los canales de drenaje 18a-d. Se pueden usar una o más cuñas especiales entre las placas de montaje 29, 429 y el conjunto de placa de filtro 1 para cambiar la ubicación de medición dentro de los canales de drenaje 18a-d.

Un contratista u otra entidad puede proporcionar un sistema de detección de turbidez o instalar un aparato de detección de turbidez según un proceso en su totalidad, o en parte, como se muestra y describe. Por ejemplo, el contratista puede recibir una solicitud de oferta para un proyecto relacionado con el diseño de un sistema de detección de turbidez, o el contratista puede ofrecer diseñar o proporcionar tal aparato o sistema para un cliente. El contratista puede proporcionar entonces, por ejemplo, uno cualquiera o más de los dispositivos o características de los mismos mostrados y/o descritos en las realizaciones discutidas anteriormente. El contratista puede proporcionar tales dispositivos vendiendo esos dispositivos u ofreciendo vender esos dispositivos. El contratista puede proporcionar diversas realizaciones que están dimensionadas, conformadas y/o configuradas de otra manera para cumplir con los criterios de diseño de un mandante o cliente particular. El contratista puede subcontratar la fabricación, entrega, venta o instalación de un componente o la totalidad de los dispositivos divulgados, o de otros dispositivos utilizados para proporcionar dichos dispositivos. El contratista también puede inspeccionar un sitio y diseñar o designar una o más áreas de almacenamiento para apilar el material utilizado para fabricar los dispositivos. El contratista también puede mantener, modificar, reemplazar o actualizar los dispositivos proporcionados. El contratista puede proporcionar tal mantenimiento o modificaciones subcontratando tales servicios o prestando directamente esos servicios o componentes necesarios para dicho mantenimiento o modificaciones y, en algunos casos, el contratista puede modificar un filtro prensa existente, un conjunto de placa de filtro u otra unidad de filtración con una " kit de reequipamiento" para llegar a una prensa o componente de filtro modificado del mismo que comprende uno o más pasos del método, dispositivos o características de las tecnologías de detección de turbidez discutidas en la presente memoria.

Aunque la invención se ha descrito en términos de realizaciones y aplicaciones particulares. Un experto en la técnica, a la luz de esta enseñanza, puede generar realizaciones y modificaciones adicionales sin apartarse del espíritu de la invención reivindicada o excederla. Por ejemplo, se prevé que una cualquiera o más de las configuraciones de detección de turbidez mostradas en las figuras 3-8 pueda usarse sola o en combinación entre ellas en cualquier patrón, número o disposición concebible. Además, se prevé que una o más características, conceptos o métodos de la invención se puedan practicar con otros tipos diversos de equipos de filtración, incluidos, entre otros, filtros de velas, filtros de cinta horizontales, filtros de hoja de presión verticales, filtros prensa de placa de apilamiento horizontal, filtros de presión automáticos Pneumapress® (actualmente ofrecidos por el solicitante), filtros de tambor de vacío rotativos y filtros de disco de vacío. Por ejemplo, en un filtro de vela, uno o más de los módulos de detección de turbidez descritos en la presente memoria pueden usarse para determinar la claridad del filtrado durante un proceso de fabricación de alúmina. En otro ejemplo no limitativo, uno o más de los módulos de detección de turbidez descritos en la presente memoria pueden colocarse en o dentro de las porciones inferiores de un plato de bandeja de vacío de un filtro de cinta horizontal para supervisar la turbidez del filtrado en puestos de lavado particulares y supervisar el estado de la tela de filtro. Por consiguiente, debe entenderse que los dibujos y las descripciones de la presente memoria se ofrecen a modo de ejemplo para facilitar la comprensión de la invención y no deben interpretarse para limitar el alcance de la misma.

Lista de números de referencia

1 Conjunto de placa de filtro

2 Módulo exterior

3 Módulo integral

3a Cubierta

4 Primera unidad de reequipamiento

4a Cuerpo de alojamiento

4b Canal de drenaje transversal

4c Canal de drenaje vertical inferior

4d Canal de drenaje vertical superior

4e Conector

4f Tapón

4g Tubo de descarga de filtrado

5 Segunda unidad de reequipamiento

6 Cable

7 Lumbrera de filtrado (superior)

8a-d Aberturas de drenaje de filtrado (superior, lateral, inferior, interior)

9 Saliente de soporte

10 Ojo de alimentación

11 Superficie de sellado periférica

13 Lumbrera de filtrado (inferior)

14 Cámara de filtro

15 Tubo de descarga de filtrado

18 a-d Canal de drenaje (superior, lateral, inferior, interior)

19 Cámara de medición de turbidez

20 Módulo de detección de turbidez (somera)

Junta tórica

Alojamiento

Emisor óptico

a-b Emisores ópticos

Material encapsulador

Ranura

Detector óptico (por ejemplo, fototransistor/fotodiodo) a-c Detectores ópticos (por ejemplo, fototransistor/fotodiodo)

Placa de montaje

a Parte de retención (por ejemplo, rebajo)

b Orificio de montaje

c Orificio roscado (tornillo extractor)

d Junta de estanqueidad

Partículas

Espacio

Radiación electromagnética

Primera dirección

Segunda dirección

Tercera dirección

Cuarta dirección

Quinta dirección

Sexta dirección

a Primer ángulo

b Segundo ángulo

a Tercer ángulo

b Cuarto ángulo

Filtrado

Unidad de interfaz

Fuente de alimentación

Sistema de control

Alarma (por ejemplo, luz, zumbador de sonido, señal electrónica) , 92, 94 Comunicación inalámbrica

,93, 95 Comunicación por cable

Varilla de reinicio magnética

0 Módulo de detección de turbidez (somera)

0 Módulo de detección de turbidez (profunda)

Junta tórica

Alojamiento

Recinto de circuitos

a Aberturas laterales

b Abertura central

Emisor óptico

Material encapsulador

Placa de circuito impreso

B Cable

Ranura

Detectores ópticos

Placa de montaje

a Parte de retención (por ejemplo, rebajo) b Orificio de montaje

c Orificio roscado (tornillo extractor)

d Junta de estanqueidad

Sujetador (por ejemplo, tornillo)

Espacio

Umbral superior de tela en funcionamiento Promedio instantáneo de turbidez entre t²y t3 Turbidez instantánea

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un filtro prensa que comprende:

una pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1);

en el que múltiples conjuntos de placa de filtro (1) dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1) incorporan cada uno al menos un módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) acoplado con el conjunto de placa de filtro correspondiente (1); y

en el que el módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) está colocado entre una abertura de drenaje de filtrado (8a-d) que se comunica con una cámara de filtro (14), y una lumbrera de filtrado (7, 13) o tubo de descarga de filtrado (4g, 15), para determinar un nivel de turbidez del filtrado (50) que sale de dicho conjunto de placa de filtro correspondiente (1) independientemente de los niveles de turbidez del filtrado (50) que sale de otros conjuntos de placa de filtro (1) dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1).

2. El filtro prensa según la reivindicación 1, en el que el conjunto de placa de filtro correspondiente (1) comprende una pluralidad de módulos de detección de turbidez (20, 220, 320, 420).

3. El filtro prensa según la reivindicación 1, en el que el módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) comprende al menos un emisor óptico (24, 424) y al menos un detector óptico (28, 428).

4. El filtro prensa según la reivindicación 3, en el que cada detector óptico (28, 428) está configurado para medir y determinar una cantidad de radiación electromagnética (32) recibida por cada emisor óptico (24, 424), y en el que el módulo de detección de turbidez (20) está configurado para proporcionar información de señal con respecto al mismo, a una unidad de interfaz (60).

5. El filtro prensa según la reivindicación 1, en el que el módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) está insertado en una cámara de medición de turbidez (19) dispuesta en el conjunto de placa de filtro (1), intersecándose la cámara de medición de turbidez (19) con el canal de drenaje (4b, 18a-d) y estando dimensionada para evitar que los emisores ópticos (24, 424) y los detectores ópticos (28, 428) en el módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) causen un flujo turbulento excesivo dentro de las corrientes de filtrado (50).

6. Un método para filtrar papilla que comprende:

proporcionar un filtro prensa que tiene una pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1); múltiples conjuntos de placa de filtro (1) dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1) incorporan cada uno al menos un módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) acoplado con el conjunto de placa de filtro correspondiente (1), en el que el módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) se coloca entre una abertura de drenaje de filtrado (8a-d) que se comunica con una cámara de filtro (14) y una lumbrera de filtrado (7, 13) o tubo de descarga de filtrado (4g, 15), con la finalidad de determinar un nivel de turbidez del filtrado (50) que sale de dicho conjunto correspondiente de dicha pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1) independientemente de los niveles de turbidez del filtrado (50) que sale de otros conjuntos de placa de filtro (1) dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1); comprendiendo además el módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) al menos un emisor óptico (24, 424) y al menos un detector óptico (28, 428);

estando ubicado el al menos un módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420) de tal manera que el al menos un emisor óptico (24, 424) y el al menos un detector óptico (28, 428) estén configurados para estar al menos parcialmente expuestos a una corriente de filtrado (50) que sale de una cámara de filtro (14) del correspondiente conjunto de dicha pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1);

emitir radiación electromagnética (32) desde el al menos un emisor óptico (24, 424);

permitir que una corriente de filtrado (50) corra entre dicho al menos un emisor óptico (24, 424) y dicho al menos un detector óptico (28, 428); y

determinar, por la cantidad de radiación electromagnética (32) recibida por el al menos un detector óptico (28, 428), un nivel de turbidez del filtrado (50) que sale de dicho conjunto correspondiente de dicha pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1), independientemente de los niveles de turbidez del filtrado (50) que sale de otros conjuntos de placa de filtro (1) dentro de la pluralidad de conjuntos de placa de filtro apilables (1).

7. El método de la reivindicación 6, que comprende además el paso de activar una alarma (80) si el módulo de detección de turbidez (50) determina que se ha alcanzado un nivel umbral de turbidez.

8. El método de la reivindicación 7, que comprende además el paso de desactivar la alarma activada (80) después de reemplazar, reparar o reconfigurar una tela de filtro asociada con un conjunto de placa de filtro afectado (1).

9. El método de la reivindicación 8, en el que el paso de desactivar la alarma activada (80) comprende colocar una varilla de reinicio magnética (97) junto al módulo de detección de turbidez (20, 220, 320, 420).