ES2958728A1 - Método y sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación - Google Patents
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Abstract
Método y sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, que comprende: establecer un rango con unos umbrales aceptables de vibración-oscilación-deformación (VOD) para cada tanque de vinificación y unos umbrales máximos de parada en un módulo procesador central; realizar un pretratamiento del gas para cada ciclo de inyección y para cada tanque de forma individualizada; distribuir el gas tratado, donde hay una monitorización desde el módulo procesador central de la presión en la línea de cada tanque durante la inyección y del caudal y volumen inyectado en cada ciclo; y una inyección de gas individualizada para cada tanque, donde se monitoriza desde el módulo procesador central los niveles VOD a partir de las lecturas de unos acelerómetros y sensores de deformación ubicados en el tanque para cada inyección de gas en el tanque.
Description
DESCRIPCIÓN
Método y sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación
OBJETO DEL INVENTO
El método objeto de la presente invención está pensado para asegurar el control y la seguridad en la inyección de gas en taques de vinificación y conservación de vinos. El sistema con el que se lleva a cabo el método, y que también es objeto de la presente invención, comprende una pluralidad de elementos y dispositivos que permiten el correcto proceso de vinificación.
El campo de aplicación de la invención se encuentra comprendido dentro del sector industrial relacionado con los procesos de vinificación y, más en concreto, dentro de los procesos de remontado y roturas del sombrero en los tanques de vinificación donde se utiliza la inyección de gases.
ANTECEDENTES DEL INVENTO
Son ampliamente conocidos dentro de este sector industrial diferentes métodos de homogeneización de soluciones heterogéneas sólido-líquido u homogéneas líquidolíquido que emplean aire u otro gas a presión para agitar, remover y homogeneizar. Concretamente, esta técnica aplicada a depósitos, tanques o cubas para la fermentación de mosto de uva fue originalmente divulgada en el documento WO2004/091764.
A partir de esta propuesta y otras similares, se han desarrollado soluciones basadas en el mismo concepto, utilizar burbujas de aire u otro gas para generar desplazamientos del sombrero (cubierta superior de hollejos sobre el mosto en fermentación en un tanque) y conseguir el contacto de esta parte con el mosto. La ascensión de estas burbujas crea movimientos en el mosto que da lugar a una homogeneización adicional de todo el conjunto. Este tipo de procedimientos sustituyen con un menor consumo de energía al clásico sistema de remontado mediante bombeo de mosto y proyección del mismo sobre el sombrero para lograr idéntico fin.
En este contexto, las diferentes soluciones conocidas proponen la instalación de uno o varios eyectores de gas colocados en la parte inferior del tanque y actuados de manera individual o conjunta por válvulas accionadas eléctrica o neumáticamente a partir de las órdenes de un controlador programable. A modo ejemplo, esta tecnología está divulgada, en los documentos WO2016087966 y WO2019207197. La experiencia práctica demuestra que los efectos finales del tratamiento de remontado son similares con cualquiera de esas disposiciones, y la forma o disposición de los eyectores y otros aspectos secundarios como los posibles controladores programables, donde ambos aspectos son elementos claves en los previos antecedentes citados, no muestran una mejora/empeoramiento del proceso. Se entiende, por la experiencia en este campo, que solo son significativos en los resultados los siguientes parámetros: tamaño de la burbuja generada (dependiente del tiempo de apertura y caudal que maneja el eyector), relación número de eyectores-diámetro-volumen del tanque y ciclo de repetición diario durante la fermentación.
No obstante, hay un problema técnico en todos los equipamientos conocidos basados en la inyección de un gas. El problema es que la inyección de gas provoca desplazamientos importantes de volúmenes de líquido con gran cantidad de sólidos en suspensión, lo que origina movimientos y vibraciones de muy baja frecuencia en el depósito o tanques donde se está realizando la vinificación. Se ha de tener en cuenta que esta tipología de tanques o depósitos no son diseñados teniendo en cuenta estos esfuerzos extras, pues en la mayoría de los casos se trata de tanques existentes que fueron originalmente diseñados para ser utilizados con tecnologías de bombeo más antiguas, y en los que, por tanto, durante la fase de diseño no se consideraron este tipo de esfuerzos derivados del desplazamiento de grandes volúmenes de sólidos por la inyección de gas.
Además, también es importante tener en cuenta que los sistemas en los que se realizan secuencias de burbujeo consecutivas, secuenciando el eyector activo o bien modulando la frecuencia del burbujeo de un eyector concreto, pueden dar lugar a la aparición de fenómenos de resonancia debidos a la dinámica de movimientos de los fluidos en el tanque. La aparición de resonancia provoca desplazamientos y esfuerzos extremadamente intensos que dan lugar al colapso de los elementos que integran el tanque. En este sentido, es sabido dentro de este sector que durante estos últimos años en instalaciones en funcionamiento que están utilizando estas técnicas de remontado ya se han producido graves accidentes con cuantiosas pérdidas como consecuencia de un uso incontrolado de esta técnica.
La presente invención, frente a los métodos y equipamientos conocidos donde ni se sugiere ni se aporta solución al problema de los desplazamientos y esfuerzos a los que se ve sometido un tanque o depósito cuando se inyecta gas en el proceso de vinificación, aporta una solución a los citados problemas por medio de una nueva configuración de sistema de control y seguridad para la inyección de gas en tanques de vinificación que garantiza, además, una adecuada extracción, eficiencia energética y bajo coste.
EXPLICACIÓN DEL INVENTO
En el método objeto de la presente invención, al igual que en las tecnologías conocidas en el estado del arte, se inyecta en el tanque de vinificación un gas a presión para conseguir que los componentes líquidos y sólidos se mantengan en contacto el mayor tiempo posible y así obtener la máxima extracción de la parte sólida en la fracción líquida. No obstante, para resolver el problema técnico previamente planteado, durante los ciclos de trabajo, la invención se dirige a realizar un control de nivel de vibración/oscilación y de deformación del tanque durante la inyección del gas. La señal de vibración/oscilación es obtenida mediante al menos un acelerómetro colocado en un punto del tanque. La medida dinámica de deformación se obtiene de al menos un sensor de deformación instalado también en el tanque. Estas señales, junto con un conjunto de parámetros estructurales del tanque sirven para determinar la duración de las inyecciones de gas y los ciclos de repetición apropiados para que el tanque no sufra, y en caso de que esos valores estén por encima y haya riesgo de colapso o rotura, el proceso pueda pararse. Además, para que el objetivo de la invención se consiga, es preciso utilizar la medida de caudal en cada inyección para estimar y controlar el tamaño de la burbuja que provoca el desplazamiento y la rotura del sombrero. Esto hace que se tenga que ejecutar un método diferenciado de cualquier otro conocido en este sector y, a su vez, se tenga que diseñar un nuevo sistema que permita la ejecución de dicho método.
Entrando en un mayor detalle de la invención, primeramente, se describe el sistema, es decir, los diferentes dispositivos y elementos que conectados entre sí permiten que se puedan ejecutar los diferentes pasos del método. El sistema objeto de la invención comprende:
un equipamiento de pre-tratamiento del gas, que comprende un equipo de presurización, que puede ser un compresor; una unidad de preparación de gas, donde se pueden controlar, testar y garantizar las cualidades del gas a ser inyectado; un depósito de almacenamiento del gas, donde el gas testado se encuentra a presión; y una unidad de filtrado y separación de condensados para su utilización durante los ciclos de inyección;
una línea general de distribución desde el equipamiento de pre-tratamiento de gas hasta los tanques de fermentación-vinificación, donde esta línea comprende inicialmente una válvula de corte, que puede ser manual o automática, y que permite que el gas entre en la línea desde una unidad de filtrado y separación de condensados; y donde la línea comprende un transmisor de presión para la medida y control de la presión en la red; un caudalímetro másico para determinación del caudal y volumen inyectado en cada ciclo; y un regulador electrónico de presión para garantizar una presión estable en la línea durante los ciclos de inyección;
al menos una red inyección individualizada para cada tanque de vinificación, donde esta red comprende una válvula automatizada que es accionada eléctrica o neumáticamente para hacer llegar el gas a presión desde la línea general de distribución hasta los eyectores colocados en cada tanque; una válvula antirretorno colocada justo después de la válvula principal para garantizar que no pueda aparecer flujo inverso por falta de presión u otras anomalías en la instalación; un conjunto de eyectores colocados en la parte inferior del tanque, bien en la sección troncocónica o en la parte recta, donde todos los eyectores están conectados a un colector único; en la parte superior del tanque se instala al menos un acelerómetro que permite medir y transmitir la información de la aceleración en al menos uno de los tres ejes; y en la parte inferior del tanque, preferentemente los pies de apoyo, se instala al menos un sensor de deformación que determina en tiempo real los esfuerzos sobre uno o varios de los apoyos del tanque; y
un módulo procesador central, en conexión con los dispositivos de la línea general de distribución y de cada red inyección individualizada para cada tanque de vinificación, donde se realizan las funciones de monitorización de todas las variables de presiones, caudales, aceleraciones, deformaciones u otros); programación de los ciclos de inyección en cada tanque; tiempos de apertura de válvula, tiempo de repetición u otros; gestión, en tiempo real, durante las inyecciones sobre la magnitud de las aceleraciones y deformaciones para asegurar que quedan dentro de los límites de seguridad programados y preestablecidos; reajuste automático de los tiempos de inyección en función de las señales de aceleración y deformación detectadas en el anterior ciclo para conseguir la máxima eficiencia del proceso, gestión de alarmas de infra/sobre presión e infra/sobre caudal en cada inyección; determinación del consumo de gas durante cada ciclo; almacenamiento de todas las variables y alarmas para su posterior análisis y trazabilidad; y permite la tele-operación remota global del controlador a través de una conexión a internet u otra red de datos en la instalación.
En el equipamiento de pretratamiento de gas, el dimensionamiento del tanque de almacenamiento del gas ha de preestablecerse para asegurar un caudal suficiente a una presión estable durante los ciclos. En este sentido, el gas puede ser un gas seleccionado de entre aire atmosférico, dióxido de carbono natural, dióxido de carbono procedente de la propia fermentación del mosto o cualquier otro gas carbónico apropiado.
Entrando en el detalle de cada tanque de vinificación, la presión se programa para cada tanque en función de sus dimensiones, características estructurales, nivel de llenado y producto a tratar, donde previamente se han cargados esos datos tras ensayos y test realizados previamente en cada tanque.
Es esencial en este punto hacer notar que, para el desarrollo del método, la inyección de gas se realiza de uno en uno en cada tanque de vinificación, es decir en una misma línea de presión nunca se simultanean más de un tanque. Esto hace factible el control individual de presión, caudal y volumen de gas inyectado a la vez que reduce el coste de infraestructura.
En la red individualizada de inyección para cada tanque de vinificación, se puede disponer de una válvula manual de apertura inicial, previo a la válvula automatizada, que aporta una mayor seguridad al conjunto del sistema y que permite, por ejemplo, en caso de que un tanque esté en labores de mantenimiento, dejar aislada o cerrada dicha red individualizada.
En cuanto a la válvula automatizada de cada red individualizada, esta puede ser accionada eléctrica o neumáticamente desde el módulo procesador central para hacer llegar el gas a presión hasta los eyectores colocados en cada tanque de vinificación. El tamaño de esta válvula se adecua a las dimensiones del tanque a tratar. La válvula es de un material autorizado para uso alimentario y sus conexiones a las tuberías puede comprender registros para una correcta limpieza. Esta válvula es seleccionada de entre bola, de mariposa, de asiento inclinado o cualquier otra conocida comercialmente, con el único condicionante que garantice estanqueidad y facilidad de higienización. El accionamiento, como se ha indicado previamente, puede ser neumático o eléctrico, y en el primer caso, es preferible que el accionamiento sea de simple efecto para asegurar que ante la falta de presión en la línea se mantenga en posición de cierre.
En cuanto a la válvula antirretorno, esta debe estar dimensionada acorde a los caudales necesarios y ser apta para uso alimentario.
Con relación a los eyectores, estos son fabricados de forma preferente mediante trozos de tubo de un diámetro en función del tamaño del tanque de vinificación y están soldados atravesando las paredes inferiores del tanque. De forma preferente están colocados en la parte inferior del tanque, bien en la sección troncocónica o en la parte recta. Es preferible que el extremo del tubo eyector presente un corte tal que la sección abierta forme 90° con la horizontal, con el objetivo de aumentar la superficie de salida de la burbuja. En este sentido, para mejorar la acción de salidas de la burbuja, los eyectores se colocan igualmente espaciados a lo largo del perímetro del tanque, estando todos dispuestos sobre un colector único. La longitud en el interior del tanque de vinificación es en función del diámetro del tubo empleado para fabricar el eyector y del diámetro del tanque donde van montados. Una particularidad de la invención es que cada eyector puede tener una válvula manual y puede tener una válvula antirretorno, donde cualquiera de estos elementos están preferentemente dispuestos entre el colector único y la salida o difusor de cada eyector, o formar parte del propio eyector. En este sentido, en la parte exterior del tanque se puede contar con un accionamiento de la válvula manual de cada eyector. Esta válvula manual está pensada no solo para tareas de mantenimiento y limpieza, sino que está pensada para poder compensar las pérdidas de carga que pueda tener cada eyector.
Los acelerómetros, que están ubicados en la parte superior del tanque de vinificación, permiten medir y transmitir la información de la aceleración en al menos uno de los tres ejes (X,Y,Z). Estas señales de aceleración le servirán al controlador para monitorizar el nivel de vibración durante las eyecciones, generar alarmas, detener el proceso y modular la duración y ciclo de las inyecciones de gas. Estos acelerómetros preferiblemente serán triaxiales y con un rango de medida /- 20g. Estos acelerómetros tienen la capacidad de comunicación digital para simplificar el cableado y asegurar la calidad de la señal medida que llega al procesador central.
En cuanto a los sensores de deformación, colocados preferentemente en los pies de apoyo, determinan en tiempo real los esfuerzos sobre éstos. Estos sensores comunican al procesador central la deformación y el controlador, además de la monitorización, realiza funciones de vigilancia y alarma sobre el proceso. Estos sensores de deformación son instalados solidariamente en los pies y no es preciso que suministren una medida directa de deformación en unidades métricas pues solo se requiere que dispongan de suficiente sensibilidad para asegurar la transmisión de un valor relativo. Por ello, y como una forma sencilla y económica de instalación, se pueden colocar un conjunto de galgas extensiométricas junto con su amplificador-transmisor para realizar esta función.
Por simplicidad de instalación e interconexión entre los diferentes dispositivos y elementos del sistema, esta interconexión puede, en una realización preferente, ser por un comunicador digital (bus de campo) pudiendo utilizarse un bus de campo industrial conocido y estandarizado (tipo comercial Modbus, Profinet, Fieldbus o similar), aunque podría establecerse el control mediante conexiones directas analógicas o digitales.
Teniendo en cuenta los elementos que componen el sistema, el método de control de inyección de gas en tanques de vinificación objeto del presente invento es tal que comprende:
• un establecimiento de un rango con unos umbrales aceptables de vibraciónoscilación-deformación (VOD) para cada tanque de vinificación y unos umbrales máximos de parada, donde estos rangos son programados en el módulo procesador central; y donde estos rangos se basan en un predimensionamiento de los umbrales VOD a partir de una serie de inyecciones de un determinado gas con tiempos, consumos y presiones predeterminadas, obteniéndose valores de vibración-oscilación-deformación a partir de las lecturas de los acelerómetros y sensores de deformación en cada tanque en relación para cada inyección de gas;
• un pre-tratamiento del gas para cada ciclo y para un tanque de vinificación individualizado, donde el gas es presurizado, testado, almacenado y filtrado previo a su utilización;
• una distribución del gas tratado, donde hay una monitorización desde el módulo procesador central de la presión en la línea de cada tanque de vinificación durante la inyección y del caudal y volumen inyectado en cada ciclo; y
• una inyección de gas individualizada para cada tanque de vinificación, donde se monitoriza desde el módulo procesador central los niveles VOD;
de modo que (i) en caso de que haya unas lecturas o valores fuera del rango preestablecido de los umbrales aceptables, el módulo procesador central modifica automática los valores de presión, caudal y/o la duración del sistema para que la inyección vuelva dentro del rango preestablecido; y (ii) en caso de que se superen los umbrales máximos el módulo procesador central para el ciclo de inyección.
En los ciclos de test de predimensionamiento y del establecimiento de los umbrales, el sistema aprende las correlaciones de VOD y el consumo de gas con la valoración que el operario le asigna a la eficacia del tratamiento. Esta información se queda almacenada en forma de base de un “archivo funcional” que puede ser reutilizada en ese u otros tanques, depósitos o cubas con dimensiones, productos vinícolas y gases inyectados similares. En ese “archivo funcional”, como se ha comentado, se establece también unos umbrales máximos aceptables de VOD que nunca han de superarse porque suponen un grave peligro para la integridad del tanque, y por tanto, ha de darse la orden de parada del ciclo de inyección.
Uno de los aspectos más importantes del funcionamiento del sistema es su capacidad de garantizar la seguridad de los tanques a la vez que optimiza el consumo de gas y la eficacia de la extracción.
En este sentido, como ya se ha adelantado, antes de iniciar un ciclo de trabajo (inyección de gas) el operario ha tenido que realizar una serie de inyecciones de gas con tiempos y presiones adecuadas y verifica los umbrales de vibración-oscilación-deformación (VOD) a la vez que se registran los consumos de gas en cada ciclo. En los ciclos de test de predimensionamiento y del establecimiento de los umbrales, el sistema aprende las correlaciones de VOD y el consumo de gas con la valoración que el operario le asigna a la eficacia del tratamiento. Esta información se queda almacenada en un “archivo base” que puede ser reutilizada en ese u otros tanques con dimensiones, productos vinícolas y gases inyectados similares. En ese “archivo base”, como se ha comentado, se establece también unos umbrales máximos aceptables de VOD que nunca han de superarse porque suponen un grave peligro para la integridad del tanque de vinificación y, por tanto, ha de darse la orden de parada del ciclo de inyección.
Durante la ejecución, ya de forma automática con ese “archivo base”, con el periodo de repetición que el operario haya prescito (cada n minutos), el sistema monitoriza los niveles de VOD y el consumo de gas con el objetivo de repetir lo preasignado por el “archivo base” en cuanto a niveles VOD. Si alguno de los valores queda fuera del margen preestablecido el sistema modificará automáticamente, dentro de un rango, el valor de la presión de trabajo y/o la duración de la inyección para llevar al sistema al punto óptimo de la receta.
También, es importante volver a indicar que en una misma línea de presión nunca se simultanean más de un tanque, sino que se trabaja de forma individualizada para cada tanque de vinificación. Esto hace factible el control individual de presión, caudal y volumen de gas inyectado a la vez que reduce el coste de infraestructura y se mejoran los niveles de seguridad.
En este sentido, como se ha adelantado previamente, se establece para cada tanque unos límites máximos VOD que harán que si se alcanzan el sistema pase a modo “seguro” y puedan generar unas alarmas acústicas y visuales para informar al usuario, aparte de que se detenga automáticamente cualquier proceso de inyección.
En definitiva, el presente invento utiliza la señal de uno o varios acelerómetros para garantizar la integridad mecánica del tanque de vinificación y evitar un deterioro prematuro de éste ya que, en base a la señal recibida de los acelerómetros, se procede de forma automatizada a modular la duración y/o caudal de inyección en cada ciclo en función de las características del tanque y producto tratado. Además, el invento utiliza la señal de uno o varios sensores de deformación instalados adecuadamente para asegurar la integridad física del tanque durante los ciclos de inyección de gas. También utiliza un regulador de presión electrónico o similar para mantener una determinada presión en la línea de cada tanque durante la inyección y conseguir un tamaño y volumen de burbuja adecuado al objetivo de niveles VOD. Y, finalmente, utiliza un caudalímetro másico para el control del volumen en cada inyección y que permite controlar el tamaño de la burbuja de remontado en base a esa información y de este modo mantener unos niveles VOD prefijados. Teniendo en cuenta estos aspectos, la presente invención, frente a los métodos y equipamientos conocidos donde ni se sugiere ni se aporta solución al problema de los desplazamientos y esfuerzos a los que se ve sometido un tanque de vinificación o depósito cuando se inyecta gas en el proceso de vinificación, permite controlar que la inyección de gas se encuentra dentro de unos valores seguros y permite garantizar la seguridad tanto de operarios como de los equipos durante los procesos de inyección.
Descrita suficientemente en lo que precede la naturaleza del invento, se ha de tener en cuenta que los términos que se han redactado en esta memoria descriptiva deberán ser tomados en sentido amplio y no limitativo, así como la descripción del modo de llevarlo a la práctica.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña como parte integrante de la misma un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra un esquema de los pasos o etapas que forman el método de control de inyección de gas en tanques de vinificación objeto del presente invento.
Figura 2.- Muestra de forma esquemática los diferentes elementos y dispositivos que forman parte del sistema con el que se desarrolla el control de inyección de gas, donde en esta figura se representan una pluralidad de redes de inyección individualizada para cada tanque de vinificación), y concretamente se muestran a modo de ejemplo dos redes donde los tanques son vistos desde una perspectiva aérea (con una sección transversal) y un tanque es visto desde una perspectiva en alzado (con una sección longitudinal), de modo que en esas vistas se pueden observar los dispositivos internos en el tanque.
Figura 2A.- Muestra un detalle ampliado de la configuración de un eyector comprendido en cada tanque del sistema, donde se observa que en cada eyector del sistema se puede comprender una válvula antirretorno y una válvula manual destinada a compensar las pérdidas de carga que pueda tener cada eyector.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UN MODO DE REALIZACIÓN DEL INVENTO
Como se muestra de forma esquemática en la figura 1, el método de control de inyección de gas en tanques de vinificación objeto del presente invento comprende:
A. un establecimiento de un rango con unos umbrales aceptables de vibraciónoscilación-deformación (VOD) para cada tanque de vinificación y unos umbrales máximos de parada, donde estos rangos son programados previo al ciclo de inyección (PCI) en un módulo procesador central; y donde estos rangos se basan en un predimensionamiento de los umbrales VOD a partir de una serie de inyecciones de un determinado gas con tiempos, consumos y presiones predeterminadas, obteniéndose valores de vibración-oscilación-deformación a partir de las lecturas de unos acelerómetros y sensores de deformación en cada tanque en relación para cada inyección de gas;
B. un pretratamiento del gas para cada ciclo de inyección (CI) y para un tanque de vinificación individualizado, donde el gas es presurizado, testado, almacenado y filtrado previo a su utilización;
C. una distribución del gas tratado, donde hay una monitorización desde el módulo procesador central de la presión en la línea de cada tanque de vinificación durante la inyección y del caudal y volumen inyectado en cada ciclo; y
D. una inyección de gas individualizada para cada tanque de vinificación, donde se monitoriza desde el módulo procesador central los niveles VOD;
de modo que durante el ciclo de inyección (CI):
(i) en caso de que haya unas lecturas o valores fuera del rango preestablecido de los umbrales aceptables, el módulo procesador central modifica automáticamente los valores de presión, caudal y/o la duración del sistema para que la inyección vuelva dentro del rango preestablecido; y
(ii) en caso de que se superen los umbrales máximos el módulo procesador central para el ciclo de inyección.
En este sentido, tal como se puede observar en la Figura 2, el un sistema que permite que se pueda ejecutar los pasos del método previamente indicado comprende:
un equipamiento de pre-tratamiento del gas (EPG), que comprende un equipo de presurización (1), que puede ser un compresor; una unidad de preparación de gas (2), donde se pueden controlar, testar y garantizar las cualidades del gas a ser inyectado; un depósito de almacenamiento del gas (3), donde el gas testado se encuentra a presión; y una unidad de filtrado y separación de condensados (4) para su utilización durante los ciclos de inyección;
una línea general de distribución (LGD) desde el equipamiento de pre-tratamiento de gas hasta los tanques de fermentación, donde esta línea comprende inicialmente una válvula de corte (5), que puede ser manual o automática, y que permite que el gas entre en la línea desde una unidad de filtrado y separación de condensados; y donde la línea comprende un transmisor de presión (6) para la medida y control de la presión en la red; un caudalímetro másico (7) para determinación del caudal y volumen inyectado en cada ciclo; y un regulador electrónico de presión (8) para garantizar una presión estable en la línea durante los ciclos de inyección;
al menos una red inyección individualizada (RII) para cada tanque (T), donde esta red comprende una válvula automatizada (9) que es accionada eléctrica o neumáticamente para hacer llegar el gas a presión desde la línea general de distribución hasta unos eyectores colocados en cada tanque; una válvula antirretorno (10) colocada justo después de la válvula automatizada (9) para garantizar que no pueda aparecer flujo inverso por falta de presión u otras anomalías en la instalación; un conjunto de eyectores (11) colocados en la parte inferior del tanque, donde todos los eyectores están conectados a un colector único (12); en la parte superior del tanque se instala al menos un acelerómetro (13) que permite medir y transmitir la información de la aceleración en al menos uno de los tres ejes; y en los pies de apoyo del tanque se instala al menos un sensor de deformación (14) que determina en tiempo real los esfuerzos sobre el apoyo del tanque; y
un módulo procesador central (15) donde se monitorizan de todas las variables del sistema, que en conexión con los dispositivos de la línea general de distribución (LGD) y de cada red inyección individualizada (RII), y que obtiene valores de vibración-oscilacióndeformación (VOD) a partir de las lecturas de los acelerómetros y los sensores de deformación en cada tanque en relación para cada inyección de gas, y en caso de que haya unas lecturas o valores fuera del rango preestablecido de los umbrales aceptables, el módulo procesador central modifica automáticamente los valores de presión, caudal y/o la duración al transmisor de presión (6), al caudalímetro másico (7), y al regulador electrónico de presión (8) para que la inyección vuelva dentro del rango preestablecido; y
en caso de que se superen los umbrales máximos el módulo procesador central (15) detiene el ciclo de inyección mandando la orden a la válvula de corte (5) del línea general de distribución y/o la válvula automatizada (9) de la red inyección individualizada.
En esta posible realización, la red individualizada de inyección (RII) para cada tanque comprende una válvula manual de apertura inicial (16), previo a la válvula automatizada, que aporta una mayor seguridad al conjunto del sistema y que permite, por ejemplo, en caso de que un tanque esté en labores de mantenimiento, dejar aislada o cerrada dicha red individualizada.
También se puede observar que, por simplicidad de instalación e interconexión entre los diferentes dispositivos y elementos del sistema, la comunicación es por medio de unos comunicadores digitales - bus campo (17).
Finalmente, en dicha figura se puede observar que el módulo procesador central (15) comprende un módulo de comunicación inalámbrica (18) que permite la conexión a distancia con dispositivos electrónicos como un PC, tabletas electrónicas o teléfonos tiposmarthponecon los que un usuario u operario pueda monitorizar y gestionar telemáticamente los ciclos de inyección.
Tal y como se detalla en la Figura 2A, en una posible realización de la invención, cada eyector (11) puede comprender una válvula manual (20) y puede comprender una válvula antirretorno (19). En este sentido, la válvula manual, que puede ser accionada desde el exterior del tanque, tiene la función de poder gestionar la apertura manual del eyector y también la de permitir compensar las pérdidas de carga que pueda tener cada eyector.
Claims (19)
1.- Método de control de inyección de gas en tanques de vinificación que comprende:
A. establecer un rango con unos umbrales aceptables de vibración-oscilacióndeformación (VOD) para cada tanque de vinificación y unos umbrales máximos de parada, donde estos rangos son programados previo al ciclo de inyección en un módulo procesador central;
B. realizar un pretratamiento del gas para cada ciclo de inyección y para cada tanque de vinificación de forma individualizada, donde el gas es presurizado, testado, almacenado y filtrado previo a su inyección;
C. distribuir el gas tratado, realizando una monitorización desde el módulo procesador central de la presión en la línea de cada tanque de vinificación durante la inyección y del caudal y volumen inyectado en cada ciclo; y
D. una inyección de gas individualizada para cada tanque de vinificación, donde se monitoriza desde el módulo procesador central los niveles VOD a partir de las lecturas de uno o varios acelerómetros y sensores de deformación ubicados en el tanque para cada inyección de gas en el tanque de vinificación; y donde:
(i) en caso de que haya unas lecturas o valores fuera del rango preestablecido de los umbrales aceptables de vibración-oscilacióndeformación (VOD), el módulo procesador central modifica automáticamente los valores de presión, caudal y/o la duración de la inyección de gas hasta retornar dentro del rango preestablecido; y
(ii) en caso de que se superen los umbrales máximos el módulo procesador central detiene el ciclo de inyección.
2.- Método de control de inyección de gas en tanques de vinificación según la reivindicación 1, donde el rango con unos umbrales aceptables de vibración-oscilacióndeformación (VOD) para cada tanque de vinificación y los umbrales máximos de parada se obtienen por un predimensionamiento a partir de una serie de inyecciones de un determinado gas con tiempos, consumos y presiones predeterminadas, obteniéndose valores de vibración-oscilación-deformación a partir de las lecturas de unos acelerómetros y sensores de deformación ubicados en cada tanque de vinificación en relación para cada inyección de gas.
3. - Método de control de inyección de gas en tanques de vinificación según la reivindicación 1, donde el gas inyectado está seleccionado de entre aire atmosférico, dióxido de carbono natural, dióxido de carbono procedente de la propia fermentación del mosto y gases carbónicos.
4. - Método de control de inyección de gas en tanques de vinificación según la reivindicación 1, donde la monitorización del módulo procesador central comprende:
• controlar todas las lecturas y variables de presiones, caudales, aceleraciones y deformaciones;
• programar de los ciclos de inyección en cada tanque; tiempos de apertura de válvula, tiempo de repetición u otros;
• gestionar, en tiempo real, durante las inyecciones la magnitud de las aceleraciones y deformaciones para asegurar que quedan dentro de los límites de seguridad programados y preestablecidos;
• reajustar automáticamente los tiempos de inyección en función de las señales de aceleración y deformación detectadas en el anterior ciclo para conseguir la máxima eficiencia del proceso, gestión de alarmas de infra/sobre presión e infra/sobre caudal en cada inyección;
• determinar el consumo de gas durante cada ciclo; y
• almacenar de todas las variables y alarmas para su posterior análisis y trazabilidad.
5. - Método de control de inyección de gas en tanques de vinificación según la reivindicación 1, donde los acelerómetros miden y transmiten la información de la aceleración de al menos uno de los tres ejes (X,Y,Z) del tanque.
6. - Método de control de inyección de gas en tanques de vinificación según la reivindicación 1, donde los sensores de deformación miden y transmiten la información en tiempo real de los esfuerzos y el valor de la deformación en la zona de apoyo del tanque.
7. - Método de control de inyección de gas en tanques de vinificación según la reivindicación 1, donde el módulo procesador central genera una alarma acústica o visual en caso de que se superen los umbrales máximos de vibración-oscilación-deformación (VOD).
8. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, que se caracteriza por que comprende:
• un equipamiento de pre-tratamiento del gas (EPG), que comprende un equipo de presurización (1); una unidad de preparación de gas (2); un depósito de almacenamiento del gas (3), donde el gas testado se encuentra a presión; y una unidad de filtrado y separación de condensados (4);
• una línea general de distribución (LGD) desde el equipamiento de pre-tratamiento de gas hasta los tanques de vinificación, donde esta línea comprende inicialmente una válvula de corte (5); un transmisor de presión (6); un caudalímetro másico (7); y un regulador electrónico de presión (8);
• al menos una red inyección individualizada (RII) para cada tanque de vinificación (T), donde esta red comprende una válvula automatizada (9); un conjunto de eyectores (11) colocados en la parte inferior del tanque, donde todos los eyectores están conectados a un colector único (12); al menos un acelerómetro (13) ubicado en la parte superior del tanque; y al menos un sensor de deformación (14) en la parte inferior de apoyo del tanque; y
• un módulo procesador central (15) donde se monitorizan de todas las variables del sistema y que está en conexión con los dispositivos de la línea general de distribución (LGD) y de cada red inyección individualizada (RII).
9. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde la red inyección individualizada (RII) comprende una válvula antirretorno (10) dispuesta después de la válvula automatizada (9).
10. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde la red inyección individualizada (RII) comprende una válvula manual de apertura inicial (16) dispuestas antes de la válvula automatizada (9).
11. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde las conexiones del módulo procesador central (15) con los dispositivos de la línea general de distribución (LGD) y de cada red inyección individualizada (RII) se realiza por medio de conexiones directas analógicas, conexiones directas digitales o comunicadores digitales - bus de campo (17).
12. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde el módulo procesador central (15) comprende un módulo de comunicación inalámbrica (18) con dispositivos electrónicos externos.
13. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde la válvula automatizada (9) está seleccionada de entre una de bola, de mariposa y de asiento inclinado.
14. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde la válvula de corte (5) de la línea general de distribución (LGD) es manual o automática.
15. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde los extremos de los eyectores (11) ubicados dentro del tanque presentan un corte tal que la sección abierta forma 90° con la horizontal.
16. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde los eyectores (11) se disponen igualmente espaciados entre sí en el colector único (12).
17. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde cada eyector (11) comprende una válvula de accionamiento manual (20) y una válvula antirretorno (19) ubicadas en el exterior del tanque.
18. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde los acelerómetros (13) son triaxiales y con un rango de medida /-20g.
19. - Sistema de control de inyección de gas en tanques de vinificación, según la reivindicación 8, donde los sensores de deformación (14) son un conjunto de galgas extensiométricas junto con un amplificador-transmisor.
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2022
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