ES2833082T3 - Método de reducción de incrustaciones - Google Patents

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Abstract

Un método para reducir y/o prevenir las incrustaciones de un sensor óptico (115; 14), el sensor óptico (115; 14) que comprende una celda de flujo de cuarzo (115; 13) que tiene un medio líquido que fluye a través de la celda de flujo de cuarzo (115; 13), el método que comprende: proporcionar el sensor óptico (115; 14), el sensor óptico (115; 14) que mide al menos un parámetro dentro del medio líquido (11); equipar operativamente el sensor óptico (115; 14) con una fuente eléctrica; y aplicar corriente a la celda de flujo de cuarzo con polaridad opuesta, la corriente hace que la celda de flujo de cuarzo (115; 13) resuene, la resonancia provoca cavitación ultrasónica dentro del medio líquido (11), la cavitación ultrasónica es suficiente para al menos reducir las incrustaciones de la celda de flujo de cuarzo (115; 13).

Description

DESCRIPCIÓN
Método de reducción de incrustaciones
Campo de la invención
La invención se relaciona con un método para reducir o prevenir las incrustaciones en un sensor. Más específicamente, la invención se relaciona con un método para reducir o prevenir las incrustaciones mediante la emisión de ondas ultrasónicas en un medio líquido que atraviesa o pasa por un sensor.
Antecedentes
Los sensores, tales como el fluorómetro Nalco 3D, son instrumentos útiles para medir la calidad del agua y controlar los sistemas industriales de tratamiento de agua. Sin embargo, las incrustaciones del sensor debido a contaminantes en el agua es un problema bien conocido. Cuando el potencial de contaminación del agua es lo suficientemente grande, los sensores fallan con tanta rapidez y frecuencia que pueden volverse prácticamente inútiles. Un ejemplo de un tipo de agua con gran potencial de contaminación son las aguas residuales. Dependiendo de la configuración del sensor, se han utilizado diferentes enfoques mecánicos para reducir y/o eliminar las incrustaciones en áreas críticas del sensor.
Se conocen en la técnica una variedad de diseños de sensores que emplean técnicas mecánicas de prevención de incrustaciones. Por ejemplo, los sensores de estilo "sonda" donde el sistema de medición está expuesto al agua en un extremo plano de la sonda, a menudo están equipados con un limpiador de caucho diseñado para limpiar las incrustaciones de la cara de la sonda. Ejemplos de tales dispositivos se ilustran en las patentes de Estados Unidos núms. 5,416,581 y 7,341,695. El limpiador funciona de manera intermitente y debe reemplazarse de vez en cuando. Además, el motor dentro de la sonda que acciona el limpiador puede fallar de vez en cuando, y el sello que separa la electrónica del medio líquido también puede ser un punto de falla. Incluso durante el funcionamiento normal, la presencia de un mecanismo limpiador en una sonda de cara plana puede proporcionar un punto de unión para que las incrustaciones comiencen a depositarse en la sonda.
Como se ilustra en la patente de Estados Unidos núm. 6,678,045, los sensores de tipo sonda también se han equipado con transductores ultrasónicos diseñados para hacer vibrar el sensor óptico a una cierta frecuencia o en un rango de frecuencias. Se han aplicado enfoques similares que emplean ultrasonido para hacer vibrar un instrumento con una cubeta de vidrio para mediciones ópticas de una corriente de agua que fluye (por ejemplo, la patente de Estados Unidos núm. 7,808,642), una celda de flujo óptico (por ejemplo, patente de Estados Unidos núm. 6,452,672), un sistema de desinfección ultravioleta (por ejemplo, patente de Estados Unidos núm. 7,763,177), un generador de vapor (por ejemplo, patente de Estados Unidos núm. 6,572,709) y tubos llenos de fluido con extremos cerrados (por ejemplo, patente de Estados Unidos núm. 5,529,635). En estos ejemplos, los dispositivos que transmiten ultrasonido hacen contacto con una superficie sólida del sensor y se alimentan constantemente. Para evitar la rotura del sensor, estas aplicaciones emplean ultrasonidos de baja potencia y baja intensidad, que se han encontrado ineficaces para prevenir o eliminar la suciedad de los sensores. Además, se han aplicado ultrasonidos para limpiar superficies interiores (véanse las patentes de Estados Unidos núms. 7,799,146; 5,889,209; 6,977,015).
Existen otros dispositivos mecánicos para prevenir o eliminar las incrustaciones en los sensores. Por ejemplo, el aire o el agua presurizados (por ejemplo, la patente de Estados Unidos núm. 7,250,302) o los fluidos de proceso presurizados (por ejemplo, patentes de Estados Unidos núms. 7,803,323 y 4,385,936) en forma de chorro se rocía intermitentemente en el área crítica del sensor de superficie para eliminar las incrustaciones.
El documento DE 26 17027 A1 describe un método para reducir y/o prevenir las incrustaciones de un sensor conectado operativamente a un aparato, el sensor que mide al menos un parámetro dentro de un medio líquido del aparato, y el medio líquido fluye o pasa a través del sensor, el método que comprende: proporcionar una tecnología de ultrasonido que comprende un transductor y una sonda, en donde la sonda y el transductor se conectan operativamente entre sí de modo que el transductor recibe una señal de una fuente, traduce la señal en energía mecánica y transfiere la energía mecánica a la sonda; sumergir al menos una parte de la sonda en el medio líquido; y operar la tecnología de ultrasonido enviando la señal al transductor para que la sonda vibre ultrasónicamente causando cavitación en el medio líquido, y en donde las ondas ultrasónicas se producen dentro del medio líquido que está dentro del sensor por el transductor y se transmiten a la sonda, pasando al medio líquido dentro del sensor. En consecuencia, existe la necesidad de un método para evitar eliminar las incrustaciones de los sensores. Convenientemente, el método sería eficaz para su uso incluso en el fluido más contaminado. Más convenientemente, el método emplearía tecnología ultrasónica de alta intensidad sin la necesidad de la intervención del operador.
Resumen de la invención
En la presente descripción se describe un método para reducir y/o prevenir las incrustaciones de un sensor que está conectado operativamente a un aparato. El sensor mide al menos un parámetro dentro de un medio líquido del aparato. El método comprende las etapas de proporcionar una tecnología de ultrasonido que comprende un transductor y una sonda, en donde la sonda y el transductor se conectan de manera operativa entre sí de modo que el transductor recibe una señal de una fuente, traduce la señal a energía mecánica y transfiere la energía mecánica a la sonda; sumergir al menos una parte de la sonda en el medio líquido; y operar la tecnología de ultrasonidos enviando la señal al transductor de modo que la sonda transfiera ondas de presión sonora cíclicas al medio líquido provocando cavitación dentro del medio líquido, la cavitación suficiente para al menos reducir las incrustaciones del sensor.
Por el contrario, la invención se dirige a un método para reducir y/o prevenir las incrustaciones de un sensor óptico según el objeto de la reivindicación 1. El sensor óptico está compuesto por una celda de flujo de cuarzo. El método comprende las etapas de proporcionar el sensor óptico que mide al menos un parámetro dentro de un medio líquido; equipar operativamente el sensor óptico con una fuente eléctrica; y aplicar la corriente a la celda de flujo de cuarzo con polaridad opuesta, la corriente hace que la celda de flujo de cuarzo resuene, la resonancia causa cavitación dentro del medio líquido, la cavitación es suficiente para al menos reducir las incrustaciones de la celda de flujo de cuarzo.
Estas y otras características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, junto con las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de las varias vistas de los dibujos
Los beneficios y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes para los expertos en la técnica relevante después de revisar la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos, en donde:
La Figura 1 ilustra varias realizaciones que no están de acuerdo con la invención y una aplicación que ilustra el funcionamiento;
La Figura 2 ilustra un esquema de una realización típica no de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de la invención
Se describe un nuevo sistema y método para reducir y/o prevenir las incrustaciones y/o limpiar los sensores con incrustaciones, tal como un fluorómetro Nalco 3D. La invención incorpora el uso de tecnología ultrasónica sobre los dispositivos de limpieza anteriores. La invención proporciona una solución mecánica que al menos reduce la aparición de incrustaciones en el sensor.
De acuerdo con la invención, las ondas ultrasónicas se emiten a un medio líquido que fluye a través del sensor o pasa por él. El término "sensor" debe interpretarse ampliamente para incluir un sensor óptico y también alojamientos de sensores transparentes o translúcidas y similares. En los siguientes ejemplos de realizaciones no de acuerdo con la invención, el término "sensor" incluye, pero no se limita a, un fluorómetro, un sensor de infrarrojos, un sensor ultravioleta, una celda de flujo, un sensor de pH, un sensor ORP, un sensor de temperatura y cualquier tecnología similar.
Una ventaja importante de aplicar ondas ultrasónicas a la fase líquida en lugar de la fase sólida es el fenómeno de cavitación, o la creación de pequeñas "burbujas" que implosionan en la fase líquida debido a las ondas sonoras ultrasónicas oscilantes. Las burbujas que implosionan producen fuerzas de calor y flujo de alta energía que son suficientes para limpiar las superficies circundantes. La cavitación intensa se puede lograr mediante el uso de sondas y transductores ultrasónicos que están diseñados para ser sumergidos, ya sea total o parcialmente, en un medio líquido.
En la Figura 1 se muestran varios ejemplos de realizaciones que no corresponden a la invención, donde se varían la altura y la forma de la sonda ultrasónica. Tenga en cuenta que, además de la configuración de montaje inferior que se muestra en la Figura 1, también se prevé el montaje superior.
El ejemplo descrito se puede retroadaptar fácilmente a los instrumentos existentes con poco esfuerzo. Dado que todo el dispositivo de ultrasonido está funcional y físicamente separado del sensor, un instrumento que ya está instalado en el campo puede retroadaptarse posteriormente con la tecnología ultrasónica. Sin embargo, inicialmente se podría fabricar un sensor o un aparato para equiparlo con tecnología ultrasónica como se describe.
Otra mejora se relaciona con el funcionamiento de la tecnología ultrasónica. Mientras que los diseños anteriores han funcionado continuamente a baja intensidad, la presente invención está diseñada para funcionar de manera intermitente a una intensidad relativamente alta. Si bien la tecnología ultrasónica de alta intensidad es más eficaz en la limpieza, dicha operación tiene desventajas. Por ejemplo, la tecnología ultrasónica de alta intensidad puede crear alteraciones en el medio líquido que interfieren con las mediciones del sensor. Además, el dispositivo de tecnología ultrasónica puede erosionarse con el tiempo. El término "alta intensidad" debe interpretarse para incluir intensidades superiores a un vatio por milímetro cuadrado en la punta de la sonda ultrasónica. La intensidad de potencia aplicada a la sonda ultrasónica está directamente relacionada con la amplitud del movimiento en la punta de la sonda, con mayores amplitudes que producen mayores cantidades de cavitación.
Con el fin de minimizar las desventajas y al mismo tiempo preservar los beneficios del ultrasonido de alta intensidad, la sincronización exacta, la frecuencia y la potencia aplicadas por la tecnología ultrasónica se pueden variar para satisfacer las demandas de la aplicación particular. Además, la tecnología ultrasónica se puede activar para que se encienda cuando las lecturas del sensor indiquen que se ha producido un límite inferior de incrustaciones en un área crítica del sensor.
Como resultado de la operación intermitente, las mediciones pueden operar sin interferencia de los efectos del ultrasonido durante los períodos en que la tecnología ultrasónica no esté funcionando. Además, el uso de ultrasonidos de alta intensidad durante períodos cortos puede proporcionar una acción de limpieza más intensiva en el sensor. En una aplicación típica, la tecnología ultrasónica puede funcionar durante no más del 5 % del tiempo de funcionamiento del sensor.
Para maximizar la eficacia de limpieza de la presente invención, la tecnología de ultrasonidos debería sumergirse en el medio líquido de tal manera que las ondas sonoras emitidas no se opongan a la dirección en la que puede fluir el medio líquido. Las orientaciones aceptables incluyen aquellas en las que las ondas sonoras y los vectores de flujo de líquido son paralelos (pero no opuestos), perpendiculares o cualquier ángulo que no sea de 180 grados. Además, puede resultar beneficioso combinar la tecnología de ultrasonidos con un flujo turbulento en las proximidades de la punta de la sonda para aumentar la eficacia de la cavitación. Tal flujo turbulento puede introducirse mediante el uso de deflectores, mezcladores estáticos u otros dispositivos conocidos por los expertos en la técnica.
También puede resultar beneficioso combinar la tecnología de ultrasonidos con limpiadores químicos cuando la limpieza con ultrasonidos o químicos por sí sola sea insuficiente. Tales limpiadores químicos se pueden dosificar en el medio líquido en un momento correspondiente al funcionamiento intermitente de la tecnología de ultrasonidos. En los ejemplos que no forman parte de la invención ilustrada en la Figura 1, un transductor (140) está conectado a una sonda (130) que está al menos parcialmente sumergida en un medio líquido que fluye a través de una celda de flujo de cuarzo (115) dentro de un aparato (110). El aparato (110) puede ser un alojamiento del fluorómetro. Las ondas ultrasónicas (135) se producen dentro del medio líquido que se encuentra dentro de la celda de flujo de cuarzo (115) por el transductor (140) y se transmiten a la sonda (130), pasando al medio líquido dentro de la celda de flujo de cuarzo (115). Las ondas ultrasónicas (135) deberían ser suficientes para inducir la cavitación (125), ya sea de manera constante o intermitente, dentro del medio líquido. El plano de medición (120) se demuestra para una realización típica. Para esta y todas las realizaciones, se envía una señal al transductor (140) desde una fuente (no se muestra) a través de un cable conductor (mostrado pero no enumerado) o cualquier medio conductor apropiado. La cavitación (125) reduce y/o previene la deposición de incrustaciones y/o elimina las incrustaciones que ya estaban depositadas. El transductor (140) puede ser de cualquier diseño conocido por los expertos en la técnica de la tecnología ultrasónica, tales como los descritos en la patente de Estados Unidos núm. 7,763,177 a Rozenberg y otros. Preferiblemente, el transductor debe ser un material compuesto que exhiba un efecto piezoeléctrico y salidas en un rango de 20 a 200 kHz. Con mayor preferencia, la salida está en el rango de aproximadamente 40 a aproximadamente 80 kHz, y con mayor preferencia la salida es de 40 kHz. Un material compuesto preferido es el circonato de plomo.
El aparato de muestra que no forma parte de la invención puede estar equipado con una o más toberas para rociar aire comprimido, agua, fluido de proceso o limpiadores químicos sobre áreas críticas del sensor. La invención puede equiparse adicional o alternativamente con un cepillo o limpiador retráctil para raspar los desechos de las paredes interiores de la celda de flujo. Estos dispositivos no ultrasónicos pueden estar separados del sensor óptico o diseñados para incorporarse en el momento en que se fabrica el sensor.
La Figura 2 ilustra una realización típica de la tecnología de ultrasonidos (4) montada en un proceso. Un aparato (12) está montado (16) de modo que un medio líquido (11) pase a través de una entrada (15), a través de una celda de flujo (13) y a través de una salida (17). El aparato (12) comprende al menos un sensor (14). El medio líquido (11) en la corriente del proceso pasa a una T (9) y a través de un adaptador (10), lo que permite montar la tecnología de ultrasonidos (4) en el aparato (12) para que la sonda (6) penetre en el medio líquido (11).
La tecnología de ultrasonidos (4) comprende un transductor (3), una bocina (5) y una sonda (6). La sonda (6) está compuesta por al menos un punto nodal (8), y la sonda (6) debe montarse en el aparato (12) en al menos un punto nodal (8) mediante una conexión por compresión (7). La tecnología de ultrasonidos (4) puede conectarse a una fuente (1) mediante un cable de comunicación (2), o cualquier otro medio para enviar una señal desde una fuente a un transductor (3). La fuente (1) puede ser una fuente de alimentación ultrasónica que envía la señal al transductor (3). La fuente de alimentación ultrasónica puede controlar automáticamente la amplitud y/o frecuencia de la señal, que a su vez puede controlar la amplitud y/o frecuencia de las ondas ultrasónicas emitidas.
En un ejemplo de una realización que no forma parte de la presente invención, la sonda comprende una aleación de titanio.
De acuerdo con la invención, las propiedades piezoeléctricas naturales del cuarzo se utilizan para producir vibraciones sin el uso de un transductor separado. Por lo tanto, se aplica corriente eléctrica con polaridad opuesta a una celda de flujo de cuarzo. Preferiblemente, la corriente se impulsa por una placa de circuito ultrasónica diseñada para generar la corriente mientras barre un rango de frecuencias. La acción de barrer el rango de frecuencias reduce y/o previene la formación de ondas estacionarias que pueden dañar las superficies en contacto. La corriente puede aplicarse de manera intermitente.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un método para reducir y/o prevenir las incrustaciones de un sensor óptico (115; 14), el sensor óptico (115; 14) que comprende una celda de flujo de cuarzo (115; 13) que tiene un medio líquido que fluye a través de la celda de flujo de cuarzo (115; 13), el método que comprende:
    proporcionar el sensor óptico (115; 14), el sensor óptico (115; 14) que mide al menos un parámetro dentro del medio líquido (11);
    equipar operativamente el sensor óptico (115; 14) con una fuente eléctrica; y
    aplicar corriente a la celda de flujo de cuarzo con polaridad opuesta, la corriente hace que la celda de flujo de cuarzo (115; 13) resuene, la resonancia provoca cavitación ultrasónica dentro del medio líquido (11), la cavitación ultrasónica es suficiente para al menos reducir las incrustaciones de la celda de flujo de cuarzo (115; 13).
    El método de la reivindicación 1, en donde la aplicación de la corriente se realiza de manera intermitente. El método de la reivindicación 1, en donde la corriente es impulsada por una placa de circuito ultrasónico.
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