MX2010011056A - Sistema de deteccion de imagenes, software, aparato y metodo para controlar un equipo de combustion. - Google Patents

Abstract

En un aspecto, la invención provee un sistema de control automático que incluye un dispositivo óptico de captura de imágenes como parte de un sistema de imágenes. En otro aspecto, la invención provee un sistema de imágenes que puede controlar un sistema de generación de llama utilizando un dispositivo óptico de captura de imágenes en conexión con un sistema de computadora, incluyendo un software (y los algoritmos correspondientes), y aparatos relacionados, según se requiera. El sistema se puede usar para controlar varios aspectos del equipo generador de llama tales como antorchas, quemadores, pilotos y otros equipos de combustión. Se pueden realizar, por ejemplo, análisis cualitativos y cuantitativos de las llamas. En otro aspecto, la invención provee una metodología específica para usar el sistema de control de detección de imágenes de la invención.

Description

SISTEMA DE DETECCION DE IMAGENES, SOFTWARE, APARATO Y METODO PARA CONTROLAR UN EQUIPO DE COMBUSTION Campo de la Invención De acuerdo con la presente invención, se usan sistemas de imágenes en asociación con equipos de combustión generadores de llama tales como antorchas, quemadores! y pilotos industriales para controlar la operación del equipo i de combustión generador de llama en un medio ambiente al aire libre.

Antecedentes de la Invención En antorchas industriales (por ejemplo, antorchas de gas de desecho) , algunos de los principales puntos de diseño incluyen la capacidad hidráulica, la capacidad fumívora, la eficiencia de destrucción, la eficiencia , de combustión, la composición del gas de la antorcha, el grado de insuflación, la eficiencia mecánica del equipo asociado tal como toberas de vapor, ventiladores de aire, sopladores y compresores, y la necesidad de proveer ignición. Un funcionamiento óptimo requiere el equilibrio de los parámetros arriba mencionados a caudales máximos y mínimos. Los operadores de las antorchas desean típicamente un caudal máximo a través de la punta de la antorcha, lo que se denomina capacidad hidráulica. Los operadores de las antorchas también desean un caudal más bajo cuando el quemado Ref. 214635 ocurre sin hollín o humo, lo que se denomina capacidad fumívora de la punta de la antorcha. Se requiere también que los operadores destruyan aproximadamente 98% o más del gas de la antorcha para asegurar la seguridad del efluente descargado por la antorcha. Este porcentaje es denominado eficiencia de remoción destructora o eficiencia ! de destrucción .

La tasa de dilución es la cantidad de aire y/o vapor agregado al gas que se quema. El aire y/o el vapor sirven para insuflar el aire circundante adicional para ayudar en la combustión del gas de la antorcha. Sin embargo, la adición de demasiado aire o vapor a la antorcha puede dar por resultado una condición conocida como sobre-aireación! o sobre-vaporización. De hecho, algunas porciones del gas, de antorcha pueden sobre-aireadas o sobre-vaporizadas hasta ,tal punto que ya no son combustibles, reduciendo de este modoj la eficiencia de la antorcha.

Se emplea generalmente la ayuda del vapor o el aire para facilitar el mezclado requerido para lograr la capacidad fumívora arriba mencionada. Las antorchas de vapor usan vapor a alta velocidad para ayudar a mezclar e insuflar aire. El diseño de la porción de vapor de la antorcha es generalmente tal que el aire y el vapor son distribuidos a través de toberas o tubos de mezclado a medida que el gas sale de la punta de la antorcha de vapor. El propósito del vapor es servir como un fluido para insuflar el aire circundante adicional. Una parte del vapor o el aire es distribuida dentro de la punta de la antorcha como gas de purga para i evitar que la llama se queme dentro de la punta. Un exceso J de vapor y/o aire puede crear una mezcla no combustible reduciendo de este modo la eficiencia de la antorcha. i Las puntas de las antorchas pueden dañarse si, o cuando, se deja estabilizar una llama dentro de la punta. Esto sucede típicamente cuando los caudales del gas de la antorcha son bajos, o cuando se usan valores de purga muy bajos. Como resultado, el vapor distribuido dentro de la punta de la antorcha fluye en forma continua todo el tiempó.

Los operadores ajustan comúnmente el vapor más alto que lo indicado de modo que la punta necesita menos intervención durante eventos de quemado reducidos. Sin embargo, el flujo de vapor puede tener el potencial I de extinguir la corriente de gas y/o hacer que la corriente de gas se torne inerte a tal punto que el gas no se oxida. Esto puede hacer que fluya una corriente potencialmente peligrosa a la atmósfera y que se reduzca la eficiencia de la antorcha.

En climas fríos, se prefiere el aire porque el vapor puede congelarse. Este tipo de antorcha suministra una gran capacidad de aire a la punta de la antorcha por medio de uno o más ventiladores grandes eléctricos, que tienen motores de muchos cientos de caballos de fuerza. Una antorcha grande puede tener cuatro o más ventiladores que suministran aire a la punta. Por lo menos uno o más de estos ventiladores será un ventilador de dos velocidades, y operará 100% del tiempo mientras que los ventiladores restantes están sin usar, esperando un evento de quemado. Este ventilador de dos velocidades actúa en flujos de tasa de purga o de proceso pequeños. El costo neto de la energía eléctrica para operar el ventilador de dos velocidades todo el tiempo \ es apreciable.

Aún a baja o media velocidad, un ventilador axial i de paletas en una antorcha de aire puede suministrar más que un flujo de aire suficiente. Los flujos de tasa de purga normales asociados con procesos y válvulas de fugas que están i corriente arriba de la punta pueden producir un apreciable flujo de gas a la antorcha. Sin embargo, las velocidades de flujo de tasa de purga asociadas con el gas, pueden estar i bajo aproximadamente 0.3 metros por segundo (aproximadamente un pie por segundo) para una punta grande. Un ventilador que opera a la mitad de la velocidad puede suministrar potencialmente un caudal de aire suficiente para producir mezclas de gas y aire no inflamables o estratificadas a| la punta de la antorcha. El potencial de efluente no oxidadoj de i la punta se torna entonces un problema y puede violar requerimientos ambientales. Las eficiencias de destrucción pueden ser reducidas a niveles por debajo de los requerimientos aceptables si las tasas de purga o fuga son menores que las esperadas .

I Breve Descripción de la Invención i En un aspecto, la invención provee a sistema de control de antorcha. El sistema de control de antorcha comprende un sistema de imágenes de base óptica y un procesador de control de antorcha automatizado. El sistema j de imágenes de base óptica incluye por lo menos un dispositivo de captura de imágenes orientado hacia por lo menos una antorcha que es descargada en el ambiente, y un procesador de imágenes. El procesador de imágenes incluye por lo menos ; un algoritmo procesador de imágenes capaz de analizar electrónicamente una imagen capturada de la antorcha, y capaz de discriminar entre la antorcha y un ambiente circundante. El procesador de control de antorcha automatizado define] un j sistema de control para la antorcha, en donde el procesador de control de antorcha automatizado controla la antorcha; en respuesta al análisis recibido del procesador de imágenes.1 En otro aspecto, la invención provee un controlador de antorcha que comprende por lo menos una antorcha, un sistema de procesamiento de imágenes, y un procesador de control de antorcha automatizado. La antorcha se descarga ambientalmente a la atmósfera. El sistema de imágenes incluye por lo menos dos dispositivos ópticos de captura de imágenes, un procesador de imágenes, por lo menos un algoritmo de procesamiento de imágenes, y una salida electrónica. Y, por lo menos un dispositivo óptico de captura de imágenes detecta, ubica y captura una llama en ¡ la antorcha. Por lo menos un dispositivo óptico de captura I de imágenes captura una imagen electrónica de la llama. El procesador de imágenes es por lo menos una computadora en comunicación electrónica con el dispositivo óptico de captüra de imágenes. El algoritmo de procesamiento de imágenes está ubicado en el procesador de imágenes, y está adaptado para analizar la imagen electrónica, en donde el algoritmo , de procesamiento de imágenes discrimina entre la antorcha y; la atmósfera. La salida electrónica generada por el procesador de imágenes identifica por lo menos un parámetro · de funcionamiento de la antorcha. El procesador de control1 de antorcha automatizado recibe la salida electrónica, y el procesador de control de antorcha genera una entrada j de control de respuesta a un sistema de generación de llama que incluye la antorcha, o un sistema de control digital que provee la entrada al mismo sistema de generación de llama.

En otro aspecto, la invención provee un sistema de control de antorcha automático que comprende por lo menos una antorcha, un sistema de imágenes y un sistema de computadora. El sistema de imágenes es capaz de capturar electrónicamente una imagen digital de una llama generada por la antorcha.¦ El sistema de computadora incluye software para analizar | la imagen capturada por el sistema de imágenes.

En un aspecto, la invención incluye un sistema de control de antorcha automatizado que incluye un dispositivo sensor de imágenes .

En otro aspecto, la invención es un sistema 'de imágenes que utiliza un dispositivo sensor de imágenes conectado con un sistema de computadora, que incluye ¡ un software (y los algoritmos correspondientes) , y aparatos relacionados, según se requiera. El sistema se puede usar para controlar varios aspectos del equipo generador de llama, tales como antorchas, quemadores, pilotos y otro equipo | de combustión. Se pueden realizar análisis cualitativos' y cuantitativos de las llamas. ¡ El dispositivo sensor de imágenes puede serj o incluir, una cámara de video digital u otro tipo de cámara capaz de registrar una serie de eventos secuenciales . Por ejemplo, en una modalidad, el dispositivo sensor de imágenes! es I una cámara que es capaz de crear imágenes en donde se pueden contar píxeles en el espectro visual. Se pueden usar cámaras digitales así como también las cámaras analógicas que crean imágenes que pueden ser convertidas en imágenes digitales. En una modalidad, se utiliza una cámara de video digital.

En otro aspecto, la invención provee |una metodología específica para usar el sistema de imágenes dei la invención.

! I En otro aspecto, el método de la invención proyee el control de una antorcha que es descargada en el medio ambiente al aire libre a través de la toma de imágenes ópticas. El método comprende los siguientes pasos: (a) descargar una antorcha en un medio ambiente al aire libre; (b) monitorear la antorcha usando un sistema !de imágenes de base óptica que tiene por lo menos una cámara; (c) capturar la imagen de la antorcha como una imagen electrónica usando la cámara; (d) analizar la imagen electrónica de la antorcha usando por lo menos un algoritmo adaptado para predecir anticipadamente el humo, y por lo menos un algoritmo qué ; es capaz de discriminar entre la antorcha y el medio ambiente ¡ al aire libre; y j (e) ajustar la antorcha en base a una condición analizada de la antorcha. ' Breve Descripción de las Figuras j La Figura 1 es una vista esquemática de úna pluralidad de antorchas con un sistema de imágenes.

La Figura 2 ilustra la imagen de llama obtenida de la antorcha en la Figura 1 y la imagen de llama invertida.

La Figura 3A ilustra una captura de imagen de pantalla de noche de una antorcha con una cámara de un dispositivo acoplado-cargado, visible, sin acercamiento Con una caja objetivo.

La Figura 3B ilustra una captura de imagen de i pantalla de noche de una llama de antorcha de la Figura ¡ 3A usando una cámara infrarroja y una caja objetivo de ¦ la antorcha visible ilustrada en la Figura 3A.

La Figura 4A ilustra una captura de imagen ! de pantalla de noche de una antorcha que no tiene una llama visible y usando una cámara de un dispositivo acoplado-cargado, visible, sin acercamiento con una caja objetivo.

La Figura 4B ilustra la captura de imagen de pantalla de noche de la llama de la antorcha en la Figura 4A usando una cámara infrarroja y una caja objetivo de la antorcha visible ilustrada en la Figura 3A.

La Figura 5A ilustra la conectividad del proceso de toma de imágenes.

La Figura 5B ilustra la conectividad de ! la generación de llama y el circuito de control de retroalimentación .

Las Figuras 6A y 6B ilustran una antorcha que opera con una relación de calidad de llama baja y que emite humo.

Las Figuras 7A y 7B ilustran una- antorcha que opera a una relación de calidad de llama deseada. i La Figura 8 ilustra una llama aireada , con un gráfico de barras de la relación de calidad de llama superpuesto a la misma.

La Figura 9 ilustra una antorcha que emite hümo como se ve durante una prueba de campo.

Las Figuras 10A y 10B ilustran la historia en el tiempo de la relación de calidad de llama de la antorcha probada en el campo ilustrada en la Figura 9. ! Descripción Detallada de la Invención Con relación a la presente invención, se ha descubierto que un sistema de imágenes óptico que Jisa dispositivos de toma de imágenes visibles e infrarrojas ' se puede utilizar con relación al equipo generador de llaijna, tales como antorchas, quemadores, pilotos y otros equipos j de combustión para ayudar a monitorear y controlar la operación del equipo generador de llama en la atmósfera abierta de una manera efectiva y eficiente. El sistema de imágenes óptico ayuda a monitorear y controlar operaciones, asi como también a proveer una predicción precursora de humo en antorcha? o quemadores encerrados o estéticos, también conocidos como antorchas de suelo.

Con referencia a las figuras, el sistema sensor de imágenes de la invención comprende un sistema de control de antorcha. El sistema de control de antorcha es ilustrado y denominado en general con el número 10. Como se muestra por los dibujos y se entiende por los expertos en el arte, ¡ el sistema de control de antorcha 10 y sus componentes Json diseñados para estar asociados con por lo menos una antorcha 12, o por lo menos una antorcha 12 que opera dentro de por lo menos un quemador 14. La antorcha 12 y/o los quemadores ¡14 son parte del equipo de combustión generador de llama j utilizado en ambientes circundantes 16 para las industrias del petróleo, químicas u otras que utilizan antorchas 12 y/o quemadores 14. Las antorchas 12 y/o los quemadores 14 son antorchas y/o quemadores al aire libre, o antorchas y/o quemadores encerrados o estéticos. Preferentemente, ¡el sistema de control de antorcha 10 es automatizado.

Con referencia a las Figuras 1, 2, 5A y 5B, el sistema de control de antorcha 10 incluye un sistema ; de imágenes 18. El sistema de imágenes 18 es un sistema j de imágenes de base óptica que incluye por lo menos i un dispositivo óptico de captura de imágenes 20, también denominado cámara 20, orientado hacia la antorcha 12 o el quemador 14, un controlador de cámara 22, un procesador! de imágenes 24, y cualquier software aplicable necesario para operar el hardware que antecede y realizar el análisis necesario. El controlador de cámara 22 y el procesador de imágenes 24 pueden estar integrados como una sola unidad, y mencionados como procesador de imágenes 24.

La Figura 1 ilustra cámaras 20 y los campos de vista desde allí. Como se ilustra, la cámara 20 incluye una pluralidad de cámaras que tienen lentes de acercamiento 21, con por lo menos una primera cámara 20a y por lo menos luna segunda cámara 20b. En la Figura 1, las líneas de puntos representan un campo de visión de la primera cámara 20a y úna segunda cámara 20b. En una modalidad la cámara 20 es una cámara de dispositivo acoplado de multicarga (CCD) que usa 1 un prisma (no mostrado) , un divisor de rayos óptico (no mostrado) , o un filtro de longitud de onda (no mostrado) aparato divide la luz entrante en diferentes grupos de luz espectral en el conjunto de CCD.

En una modalidad, la primera cámara 20a y la segunda cámara 20b son seleccionadas entre el grupo que consiste en cámaras CCD, cámaras multi-CCD, cámaras multiespectrales , cámaras de alta definición, cámaras digitales, cámaras analógicas, cámaras de color, cámaras de blanco y negro, cámaras de escalas de grises y combinaciones de estas. En una modalidad, la primera cámara 20a es úna cámara infrarroja de amplio espectro. En otra modalidad,, la primera cámara 20a es una cámara casi infrarroja. En una modalidad, la primera cámara 20a es una cámara infrarroja de longitud de onda corta. En una modalidad, la primera cámara 20a es una cámara infrarroja de longitud de onda media. En una modalidad, la primera cámara 20a es una cámara infrarroja de longitud de onda larga.

En una modalidad, la segunda cámara 20b opera en el espectro visible, o una porción de éste. En otra modalidad, la segunda cámara 20b opera en el espectro visible a ultravioleta, o una porción de éste.

La primera cámara 20a y la segunda cámara 20b se encuentran en comunicación electrónica con el controlador ¡de cámara 22 y el procesador de imágenes 24. La primera cámára 20a está adaptada para detectar, ubicar y capturar electrónicamente una imagen de antorcha 12 y/o quemador 14. La primera cámara 20a identifica y adquiere una antorcha 12 o un quemador 14, y distingue entre una pluralidad de antorchas 12 o quemadores 14. La segunda cámara 20b está adaptada para capturar electrónicamente una imagen asociada con una i antorcha 12 y/o un quemador 14, que incluye una llama. jLa primera cámara 20a define y genera por lo menos un parámetro apuntando para la segunda cámara 20b, y comunica I electrónicamente esos parámetros al controlador de cámara 22, comunicando de este modo a través del sistema de imágenes 18.

Funcionan diversas cámaras, filtros, difusores de rayos u otros dispositivos ópticos en diversas combinaciones. En una modalidad, si la cámara 20 es por lo menos una cámara multiespectral o multi-CCD, entonces se puede utilizar una sola cámara 20. En esa modalidad, la luz de la antorcha 12 y/o el quemador 14 es dividida después de entrar en la cámara 20. En tales casos, se usa un prisma (no mostrado) u otro dispositivo de administración de luz de base óptica para dividir la luz entrante en dos o más rayos, en donde al menos un rayo se analiza en el espectro casi infrarrojo y al menos el otro en el espectro visible. Se pueden usar otros componentes espectrales o rangos solos o en combinación, tales como infrarrojo lejano, infrarrojo medio, infrarrojo, casi infrarrojo, visible, casi ultravioleta, ultravioleta, o cualquier porción de una longitud de onda deseada. La funcionamiento del sistema de imágenes 18 es mejorada y tjiás robusta cuando la cámara 20 tiene componentes de mayor calidad tales como ópticas mejoradas unidas y/o en su interior .

La primera cámara 20a y la segunda cámara 20b í pueden usar una lente separada para ampliar o estrechar el campo de visión. Alternativamente, la primera cámara 20a y| la segunda cámara 20b tienen una función de acercamiento para ajustar el campo de visión. La Figura 1 ilustra la cámara 20b con acercamiento sobre la llama 56 de la antorcha 12.

El controlador de cámara 22, o sistema de control de captura de imagen 22, define los parámetros de control! de los dispositivos de captura de imagen, o cámaras 20. Este control incluye un control operacional, y un control de las comunicaciones electrónicas entre estos. La comunicación electrónica entre el controlador de cámara 22, la primera cámara 20a y la segunda cámara 20b asegura un control interactivo en tiempo real a y entre cada cámara 20a y 2¡0b. El controlador de cámara 22 ajusta interactivamente la lente de acercamiento 21. El controlador de cámara 22 está adaptado para enfocar la lente de acercamiento 21 sobre la llama 56 para maximizar el número de píxeles disponible para el análisis estadístico. Cuanto mayor es el número de píxeüles usado en los algoritmos de procesamiento de imágenes 26, tanto mayor es la precisión de los resultados.

El controlador de cámara 22 se encuentra 'en comunicación electrónica con el procesador de imágenes 24. El procesador de imágenes 24 es un sistema basado en computadora que tiene un software ubicado en la computadora 28 para procesar las imágenes digitales capturadas allí, y que tiene i por lo menos un algoritmo de procesamiento de imágenes 26, también ubicado allí. La computadora 28 se encuentra en comunicación electrónica con el dispositivo óptico de captura de imágenes 20 y/o el controlador de cámara 22. El controlador de cámara 22 es parte del procesador de imágenes 24. i Preferentemente, el algoritmo de procesamiento de imágenes 26 es un software ubicado en la computadora 28 y capaz de analizar electrónicamente la imagen capturada de la antorcha 12 y/o el quemador 14. Adicionalmente , el algoritmo de procesamiento de imágenes 26 es capaz de discriminar entre la antorcha 12, o el quemador 14, y el ambiente circundante 16, tal como el ambiente atmosférico 30.

A modo de ejemplo no limitativo, una pluralidad de algoritmos de procesamiento de imágenes 26 están contenidos en la caja ilustrativa en la Figura 5A para representar ¡la variabilidad de funciones que proveen los diferentes j algoritmos. Un primer algoritmo de procesamiento de imágenes 26a provee el análisis de la imagen de la cámara 20a y la cámara 20b. Un segundo algoritmo de procesamiento de imágenes 26b provee la discriminación entre la imagen de la cámara 20a, la cámara 20b, y el ambiente circundante 16. [Un tercer algoritmo de procesamiento de imágenes 26c provee la desintegración de la llama 56 en la antorcha 12 y/o el quemador 14 en pixeles individualizados, identificando y agrupando de este modo los pixeles en una pluralidad ' de grupos de colores espectrales. Cada algoritmo \ de procesamiento de imágenes 26 provee un análisis cuantitativo y cualitativo de la imagen del sistema de imágenes 18. Empleando una pluralidad de algoritmos de procesamiento \ de imágenes en paralelo, se encuentran disponibles parámetros, de . . j evaluación adicionales, y se comentan más abajo.

Con respecto al algoritmo de procesamiento | de imágenes 26c, el algoritmo de procesamiento de imágenes provee adicionalmente el conteo de pixeles y la determinación de las conclusiones de calidad de la llama de allí. A modo! de ejemplo no limitativo, se selecciona un modelo de color espectral de 24 bits que tiene azul, rojo y verde, en donde cada color espectral tiene una intensidad de entre O y 2¡55. Si la relación del total de las intensidades azules en tpdos los pixeles discretos aislados (la suma de las intensidades azules (0-255) para cada pixel) se divide por la suma combinada del total de la intensidad roja y el total de la intensidad verde (la suma de las intensidades rojas (0-255) para caca pixel más la suma de las intensidades verdes (0- j ¦ 255) para cada pixel) es conocida, el status o la relación de calidad de llama (FQR) de la llama es conocida. ? intensidad de pixeles azules (0-255) FQR ; ? intensidad de pixeles rojos (0-255) + ? intensidad Jde pixeles verdes (0-255) De modo alternativo, la FQR se calcula con promedios más que las sumas para dar un resultado idéntico. Usando esta propuesta, una llama es luminosa si la relación de calidad de llama es de aprox. 40% a aprox. 55%. Una llama tiene humo inminente si la relación de calidad de llama es! de aprox. 35% o menos. Y, una llama es sobre-diluida si la relación de calidad de llama es de aprox. 65% o más. Una muestra de prueba de campo se comenta ilustrativamente en la presente. Otros modelos de color espectrales, como de 32 bits o 48 bits, también pueden proporcionar datos adicionales . | Las relaciones de calidad de llama y los rangos asociados dependen del combustible. Por ejemplo, en el caso de hidrógeno o metano, se ingresa un multiplicador de polarización en los algoritmos de procesamiento de imágenes 26 para producir la relación de calidad de llama deseada. Cada antorcha 12 y/o quemador 14 instalado tiene una prueba de campo inicial para establecer el multiplicador de polarización requerido. El multiplicador de polarización !es determinado ajustando manualmente la llama 56 y comparando i la relación de calidad de llama calculada contra la condición actual .

Otros parámetros también son identificables | y analizables mediante el algoritmo de procesamiento ; de imágenes 26 específico seleccionado. Por ejemplo, un cuarto algoritmo de procesamiento de imágenes 26d provee j la detección de temperatura y variaciones de temperatura detalladas en la antorcha 12 y/o el quemador 14.

El procesador de imágenes 24, y el software | en éste, es capaz de capturar una imagen de la cámara 20 usapdo un capturador de cuadros. El procesador de imágenes 24 está adaptado para capturar y analizar videos y señales de video del grupo que consiste en video digital, video digital de alta definición, video analógico y variaciones de éste. Adicionalmente , el procesador de imágenes 24 es capaz ; de analizar el video analógico y convertir las imágenes analógicas en imágenes digitales siempre que los píxeles individuales sean detectables en las imágenes analógicas.' La porción del capturador de cuadros del procesador de imágenes 24 selecciona una imagen individual para el procesamiento. Preferentemente, por lo menos un algoritmo de procesamiento de imágenes 26 está adaptado para identificar un pixel individual en la imagen de video de la antorcha.

El procesador de imágenes 24 provee una salida electrónica 32, que está comunicada con el procesador de control' de antorcha automatizado 34. Preferentemente, la salida electrónica 32 identifica y provee por lo menos un parámetro de funcionamiento 36 al procesador de control j de antorcha automatizado 34. El parámetro de funcionamiento ' 36 es la salida de los algoritmos de procesamiento de imágehes 26 proporcionando de este modo el análisis del estado j de ignición, la condición fumívora y la eficiencia > de destrucción de la antorcha 12 y/o el quemador 14. Similarmente, el mismo, o por lo menos otro algoritmo : de procesamiento de imágenes 26 provee parámetros ! de funcionamiento sobre la separación de una llama de la antorcha 12 o la formación de humo en la antorcha 12 y/o el quemador 14. El procesador de control de antorcha automatizado 34 puede usar la misma computadora como procesador de imágenes 24.

La imagen de la cámara 20, o las cámaras 20a y 20b, así como también las imágenes de interface gráfica del usuario resultantes se despliegan opcionalmente en juna interface gráfica del usuario, o un monitor/pantalla de control 54. El monitor/pantalla de control 54 es opcional, pero cuando se utiliza, el monitor/la pantalla de control ,54 es parte de, y está en, comunicación electrónica con el procesador de imágenes 24 y el sistema de imágenes 18. ' Preferentemente, el procesador de imágenes 24, ¡el sistema de imágenes 18, y el procesador de control de antorcha automatizado 34 definen el circuito de control de retroalimentación 38 entremedio. El circuito de control íde retroalimentación 38 está adaptado para analizar la imagen del sistema de imágenes 18. Adicionalmente , el circuito de control de retroalimentación 38 es capaz de identificar y monitorear simultáneamente numerosos parámetros ^ de funcionamiento 36 de la antorcha 12 y/o el quemador 14.' A modo de ejemplo no limitativo, el circuito de control ! de i retroalimentación 38 es capaz de identificar por lo menos | la temperatura de la antorcha 12 y/o el quemador 14; determinar si hay una formación de hollín dentro de la antorcha 12 y/o el quemador 14; identificar si la llama se ha separado de la antorcha 12 y/o el quemador 14; identificar si hay una diferencia de color dentro de la llama de la antorcha 12 y/o el quemador 14;.e identificar una pluralidad de densidades a través de la llama de la antorcha 12 y/o el quemador 14. Otro ejemplo no limitativo identificable por el circuito de control de retroalimentación 38 incluye el control' de una llama bien mezclada, sin humo, 56 para la destrucción del gas de la antorcha. El circuito de control de retroalimentación 38 también puede identificar puntos calientes en la antorcha 12 o el quemador 14, chequear el estado "conectado" en !el piloto 48, verificar la eficiencia de destrucción de la antorcha 12 o el quemador 14, e identificar cualquier combustión interna dentro de la antorcha 12, el quemador 14, o el piloto 48. ! El registrador 40 está en comunicación electrónica con el sistema de imágenes 18. En una modalidad, el registrador 40 está en comunicación electrónica con ! el procesador de imágenes 24 y provee un sello de fecha/tiempo sobre las imágenes del dispositivo óptico de captura J de imágenes 20. El registrador 40 provee una función de registro i con un sello de fecha y tiempo detallado impuesto encima para todas las condiciones de la antorcha 12 y/o el quemador 14.; El procesador de control de antorcha automatizado 34 continuamente, y en una velocidad de intervalo fijado por un operador, define un sistema de entrada de control 42 para la antorcha 12 y/o el quemador 14. En base a el(lbs) parámetros) de funcionamiento 36, el procesador de control de antorcha automatizado 34 genera una entrada de control de respuesta 44 o ajuste al sistema de generación de llama ,46.

I El mismo sistema de entrada de control 42 es aplicable ya sea que haya una sola antorcha 12 y/o un quemador 14, o si (hay una pluralidad de antorchas 12 y/o quemadores 14. El sistema de entrada de control 42 y la entrada de control de respuesta 44 comunican directamente con el sistema de control digitial i de una refinería, u otra instalación grande. Alternativamente, el sistema de entrada de control 42 y lia entrada de control de respuesta 44 proveen entrada directa a la antorcha 12 y/o el quemador 1 .

El sistema de generación de llama 46 está adaptado para responder a todas las entradas de control relacionadas con la generación de llama y por lo menos incluye la antorcha 12, el quemador 14, el piloto 48, la válvula de vapor 50, y/o t el generador de aire 52. Los dispositivos del sistema ¡de generación de llama 46 son controlados preferentemente de üna manera precursora. La entrada del control de respuesta 44 o ajuste se basa en el análisis de la antorcha 12 y/o ; el quemador 14 del procesador de imágenes 24. La salida electrónica 32 provee un análisis estadístico casi instantáneo de la llama 56, prediciendo de este modo el estado de la antorcha 12 o el quemador 14. El procesador de control de antorcha automatizado 34 incluye algoritmos ! de control adicionales. Estos algoritmos de control adicionales determinan el aumento/disminución de la entrada de aire, vapor o gas al sistema de generación de llama 46,, o indirectamente a través del sistema de control digital para el sistema de generación de llama 46. Además, estos algoritmos de control adicionales determinan el mejor intervalo de tiempo para la entrada para minimizar las condiciones indeseadas tales como humo, hollín y dilución.

Método i Con respecto al método de control de la antorcha ¡12 y/o el quemador 14 ilustrado in las Figuras 1-5B, el método incluye una antorcha 12, o quemador 14, que descarga en ¡el medio ambiente 16 y el monitoreo de la antorcha 12, o jel quemador 14, usando un sistema de imágenes de base óptica 18, que tiene por lo menos una cámara 20. Alternativamente, ^ la antorcha 12 o el quemador 14 es descargado a una antorcha encerrada o estética. Una imagen digital de la antorcha 12 o el quemador 14 es capturada por la cámara 20 como una imagen electrónica, que puede ser desplegada opcionalmente en un monitor/pantalla de control 54. El análisis de la imagen electrónica se realiza dentro del procesador de imágenes ¡ 24 por al menos un algoritmo de procesamiento de imágenes 26 C[ue está adaptado para analizar la llama de la antorcha 12 ó j el quemador 14. Preferentemente, el algoritmo de procesamiento de imágenes 26 es capaz de discriminar entre la antorcha 12 o el quemador 14, y el medio ambiente 16; capaz de determinar el estado de la antorcha 12 o el quemador 14 ; y capaz de determinar o predecir la luminosidad, la densidad del color, el humo, la formación de hollín y la llama. Alternativamente, el algoritmo de procesamiento de imágenes 26 es capaz de discriminar entre la antorcha 12 o quemador 14, y el medio ambiente cerrado de una antorcha o quemador encerrado o estético; capaz de determinar el estado de la antorcha 12 o i quemador 14; y capaz de determinar o predecir la luminosidad, la densidad de color, el humo, la formación de hollín y la llama. La antorcha 12 y/o el quemador 14 son ajustados en I base a la condición analizada de la antorcha 12. 1 El sistema de imágenes 18 provee el ingreso ¡ al procesador de control de antorcha automatizado 34 para realizar cambios de control rápidos, concisos, precursoresj al ingreso a la antorcha 12 y/o el quemador 14 para evitar , la separación de la llama, la dilución, la creación de humo,' o cualquier otra condición indeseada. El sistema de imágenes 18 evalúa toda la antorcha 12 o el quemador 14 para incluir! el humo 62, el piloto 48, la forma de la llama 56, y/o las condiciones de quemado internas .

Al tener la cámara 20a ya sea como una cámara infrarroja o casi infrarroja, la discriminación entre ¡ la antorcha 12 o el quemador 14 y el medio ambiente 16 reducej la carga de trabajo en los algoritmos de procesamiento de imágenes 26. Así, la discriminación del límite visible entre la llama 56 y el medio ambiente 16 es más fácil. Dependiendo de la aplicación particular, puede ser conveniente emplear infrarrojo de longitud de onda corta, de longitud de onda media o de longitud de onda larga.

La Figura 2 ilustra una imagen de llama 5,6a infrarroja desplegada en la computadora capturada de la antorcha 12 y que tiene estrías de color representadas por las líneas en la llama 56a. Además, en la Figura 2 se ilustra . ¦ i una imagen de llama 56b desplegada en la computadora, que ha sido procesada para sustraer el medio ambiente visible 16 de allí, presentando así una imagen de llama 56a obtenida. Como en la llama 56a, las estrías de color de la llama son representadas por las líneas en la llama 56b. Aunque las estrías de color son ilustradas como líneas en la Figura j 2, algunas llamas producirán remolinos turbulentos y densos haces de colores, que crean imágenes de color no uniformes I dentro de la llama 56.

Como se ilustra en las Figuras 1 y 3A-4B, la cámara 20 incluye la primera cámara 20a y la segunda cámara 20b J En este caso, la primera cámara 20a es una cámara infrarrbja 20a, y la segunda cámara 20b es una cámara de espectro visible. Ambas cámaras 20 están enfocadas sobre la imagen de la llama en la antorcha 12, o el quemador 14. Las Figuras j3A-4B ilustran ambas cámaras 20a y 20b en uso a la noche y desplegadas en la pantalla de monitoreo/control 54. Como se ilustra en la Figura 3B, la cámara infrarroja 20a tiene una llama adquirida 56, y trabaja en conjunto con el controlador de cámara 22 del procesador de imágenes 24, la caja objetivo 58 está insertada alrededor de la llama identificada 56. Gomo se ilustra eh la Figura 3A, la misma imagen ilustrada en la Figura 3B se muestra desde la perspectiva visual de una cámara de espectro visible 20b, que es ilustrada como una cámara de dispositivo cargado-acoplado (CCD) sin acercamiento. La caja objetivo 58 también se ilustra en ,1a Figura 3A.

En una modalidad, la primera cámara 20a y la segunda cámara 20b están separadas para proveer diferentes vistas angulares de las antorchas 12 y/o quemadores 14. Por ejemplo, la primera cámara 20a y la segunda cámara 20b pueden estar posicionadas para proveer un ángulo de separación apreciable entre ellas para capturar la imagen de la llama 56 en tres dimensiones, con relación a las antorchas 12 y/o quemadores 1 . La separación permite que por lo menos Una cámara 20 capture la llama 56 que se aleja de la otra cámara 20. El ángulo apreciable tiene que ser suficiente para proveer los datos para el modelado, tridimensional. j Cuando se emplean cámaras 20 que tienen una función de acercamiento, el área de la llama es ampliada. La ampliación de la llama 56 aumenta el número de fotones vistos por las cámaras 20, aumentando de este modo el número de píxeles que se pueden usar que contienen la información específica de la llama. El mayor número de píxeles que se pueden usar aumenta el tamaño de la muestra estadística, aumentando de este modo la precisión de la evaluación y capacidad de predicción.

En la modalidad que usa dos o más cámaras 20, ¡el controlador de cámara 22 proveerá instrucciones a la cámara de espectro visible 20b para capturar la imagen dentro de ¡la caja objetivo 58, como se ilustra en la Figura 3A, o realizar un acercamiento en la caja objetivo 58 y capturar la imagén. Las Figuras 4A y 4B son similares a las Figuras 3A y 3B, excepto que la llama 56 no se es fácilmente identificable para la cámara de espectro visible 20b en la Figura 4A. Sin embargo, la Figura 4B ilustra la cámara infrarroja 20a que identifica claramente la llama 56. Asi, la cámara de espectro visible 20b particular utilizada, y la potencia del procesador de imágenes 24 que usa el algoritmo | de procesamiento de imágenes 26 es importante para dar una imagen apropiada de la antorcha 12 contra el medio ambiente al aire libre 16, o el fondo de una antorcha encerrada o estética. En cualquier caso, los algoritmos de procesamiento de imágenes 26 identifican limites 64 de la llama 56 y remueven electrónicamente la información de fondo, limitando de este modo la información espectral a la llama real 56. Se utiliza el infrarrojo para determinar el tamaño y la formaj de la llama para el procesamiento. , Las cámaras infrarrojas y casi infrarrojas se prefieren para la primera cámara 20a, pero también se podrá usar cualquier elección del espectro, incluyendo el infrarrojo de longitud de onda media y el infrarrojo de longitud de onda larga. Los límites establecidos al usar infrarrojo se usan comparativamente con el espectro visible ¡ para identificar definidamente el área visible para la evaluación contra uno de los algoritmos de procesamiento de imágenes 26. Una vez que se ha removido el fondo de la imagen capturada, el infrarrojo/casi infrarrojo permite el procesamiento de imágenes que muestra hollín o humo que sale de la llama 56. Las partículas individuales de hollín que forman el humo son emitidas a una velocidad mensurable. El infrarrojo de longitud de onda media o el infrarrojo de longitud de onda larga pueden ser usados entonces para identificar pilotos, quemado interna, puntos calientes, formación de hollín, irregularidades de la temperatura, etc. Con una cámara múltiple-CCD, la cámara 20 puede tener í un sistema de lente única.

En el caso en el cual se observan una pluralidad! de antorchas 12 y quemadores 14 contra el medio ambiente 16, el sistema de imágenes 18 con procesador de imágenes 24 es capaz de discriminar operativamente entre cada una de las antorchas 12 y quemadores 14, y proveer ajustes en tiempo real a través del procesador de control de antorcha automatizado 34 y, el sistema de generación de llama 46. Por ejemplo, muchas antorchas 12 y/o quemadores 14 utilizan vapor, aire, o ambos para el control de la llama. Las funciones de ingreso, de control para los sistemas de vapor y aire son parte del sistema de generación de llama 46. Como se determinó por el circuito de control de retroalimentación 38 y los sistemas asociados, el ingreso de vapor y/o el ingreso de aire son controlados y ajustados de acuerdo con la condición analizada de la antorcha 12 y/o el quemador 14. Este mismo procedimiento permite el control de todos los elementos del ! sistema de generación de llama 46, que incluye antorchas Í2, quemadores 14, y pilotos 48. Cuando se evalúan una pluralidad i de antorchas, los algoritmos de procesamiento de imágenes : 26 incluyen la capacidad para la triangulación de las imágenes con una o más cámaras 20. Usando cámaras múltiples 20, j se modulan diferentes valores para manipular diferentes antorchas 12 y/o quemadores 14.

El análisis de las antor'chas 12 y/o los quemadores 14 incluye usar el procesador de imágenes 24 para identificar cualitativamente y cuantitativamente las diversas condiciones que impactan sobre la funcionamiento, e incorporar jese análisis en las instrucciones provistas por el procesador de control de antorcha automatizado 34 al sistema de generación de llama 46. Como el análisis cualitativo y cuantitativo basado en color del procesador de imágenes 24 provee el ingreso al controlador de antorcha automatizado 34, se pueden hacer fácilmente determinaciones precursoras para el sistema de generación de llama 46. Así, la antorcha 12 se puede cambiar como se requiera para mantener el hollín/humo en ¡un i mínimo mientras se mantienen altas eficiencias de destrucción. La entrada a la antorcha 12 y/o el quemador ¡14 de aire o vapor se reduce como se requiera.

Este paso de ajuste en tiempo real provee los ajustes necesarios a la antorcha 12 y/o el quemador Í4 , negando de este modo el desarrollo de humo u otras condiciones indeseadas. Debido a que hay un intervalo ¡de tiempo inherente asociado entre el ingreso al sistema 'de generación de llama 46 y al control del ingreso de gas, aire o vapor particular, el procesador de control de antorcha automatizado 34 determina el mejor intervalo de tiempo para i cambios en el control de ingreso de gas, aire o vapor particular.

El análisis de la antorcha 12 y/o el quemador 14 provee el análisis de la llama 56, y provee información crítica al operador con respecto a si la llama 56 está creciendo, decayendo, se apagó, o está en un estado estable. i „ En casos en donde el circuito de control de retroalimentación 38 identifica las condiciones en donde la antorcha 12 y/o el quemador 14 tienen condiciones de operación indeseadas, j el sistema de alarma 60 y el registrador 40 están disponibles para proveer el aviso y retroalimentarlo al operador, y para memorizar el evento. El aviso y la retroalimentación al operador pueden ser en forma de señales audibles, alertas electrónicas y/o indicios visuales . Memorizar el evento incluye imprimir la fecha y el tiempo sobre el registro,! y transmitir ese registro al registrador 40.

I Otros ejemplos representativos se ilustran en las Figuras 6A-8. En las Figuras 6A y 6B, el humo 62 es ilustrado junto con la llama 56. En las Figuras 7A y 7B, se ilustra lima llama limpia. Las Figuras 6A-7B muestran una antorcha 12 que tiene una llama 56. El perímetro 64 indica el límite para el área de interés aislado por la cámara de infrarrojo 26a. Después que se estableció el perímetro 64, el controlador de la cámara 22 enfoca la cámara 20b sobre la llama 56 y ! el perímetro 64, por medio de lo cual la cámara 20b captura la imagen de la llama 56 para el procesamiento de la imagen. En los ejemplos representativos, los píxeles están agrupados, de acuerdo a su color, y un algoritmo de procesamiento de imágenes 26 de conteo de pixeles cuenta el número de cáda pixel en cada grupo. Como se muestra en los ejemplos representativos, la Figura 6A ilustra una llama que está produciendo humo y tiene una relación de calidad de llama^ de 0,34. Similarmente , la Figura 6B ilustra una produce humo y que tiene una relación de calidad de llama^ de 0,36. Por contraste., las Figuras 7A y 7B ilustran una relación de calidad de llama de 0,53 y 0,54 respectivamente. Las Figuras 7A y 7B ilustran una llama que quema apropiadamente. La Figura 8 ilustra una llama de prppano aireada apropiadamente 56 con un gráfico de barras de la relación de calidad de llama superpuesto.

El sistema de control de antorcha 10 y el método de uso son suficientemente robustos para detectar la llama 56 'en la antorcha 12 y/o el quemador 14 en varias condiciones ambientales al aire libre, y antorchas semi -encerradas j o estéticas expuestas a esas mismas condiciones ambientales. i Por ejemplo, las condiciones ambientales al aire libre i incluyen condiciones atmosféricas que consisten en cielos claros, cielos nublados, lluvia, nieve, aguanieve, viento, polvo y combinaciones de estos.

Algoritmos y ejemplos ' Los algoritmos de procesamiento de imágenes 26 son expresiones matemáticas (por ejemplo, usando la coloración, de los píxeles) y se usan para proveer los parámetros j de funcionamiento 36 en la forma de señales electrónicas 321 de modo que el sistema de controlador de antorcha automatizado 34 y el sistema de generación de llama 46 pueden realizar cambios de control funcionales en el flujo de a^ire I suministrado a la punta de la antorcha. Los algoritmos permiten identificar y evaluar los indicadores precursores' de tal modo que se pueden realizar cambios en la antorcha I 12 antes de que se forme totalmente el hollín/humo.

La desintegración y evaluación de los píxeles permite comparar la relación de calidad de llama de ¡las concentraciones de luz azul con las fracciones de las concentraciones de luz roja y verde, y posiblemente la luz amarilla. Esta relación de calidad de llama se compara lue¡go con un rango estadístico verificado y validado.

Uno de los algoritmos de procesamiento de imágenes i 26 compara las concentraciones de luz en línea con una correlación matemática, proporcionando los parámetros jde funcionamiento 36 al sistema de controlador de antorcha automatizado 34 con los cambios funcionales apropiados ¡al sistema de generación de llama 46, como se requiera, para modificar la estequiometría de la llama 56. El infrarrojo se puede utilizar para aislar la llama 56 bajo cualesquiera condiciones, y luego se utiliza el espectro visible para el análisis. Esta misma capacidad del infrarrojo se usa para ¦ i aislar la llama 56 para la evaluación, la que se usa luego I para determinar adicionalmente el estado del quemador del piloto, así como también si la llama 56 es estabilizada dentro del cuerpo de la punta de la antorcha. La llama 56 ubicada profundamente dentro de la punta de la antorcha puede dañar la integridad estructural de la punta en el tiempo. ¡La utilización de un dispositivo de detección de infrarrojo como una herramienta de diagnóstico puede agregar significativamente a la expectativa de vida de una punta i de antorcha dada usando el sistema de control de antorcha '10 para posicionar la llama 56 en el área superior de la punta durante los flujos de tasa de purga.

A modo de ejemplo no limitativo, una modalidad del procedimiento de detección, incluyendo el uso de uno o niás algoritmos de procesamiento de imágenes 26, incluye: « La cámara 20a, una cámara de infrarrojo o casi infrarrojo, aisla la llama 56, captura la imagen de :1a antorcha 14 o el quemador 14, y comunica electrónicamente j la imagen procesador de imágenes 24 • Un algoritmo de procesamiento de imágenes 26 inserta un límite de imagen e infrarrojo alrededor de la llama 56 • Un algoritmo de procesamiento de imágenes ' 26 remueve el fondo del ambiente circundante 16 de la imagen I capturada basada en infrarrojo · Un algoritmo de procesamiento de imágenes ' 26 determina el espectro visible, determinando de este modo ¡ la imagen visible • Un algoritmo de procesamiento de imágenes , 26 compara la imagen visible con el límite de imagen de infrarrojo y remueve la diferencia entre el infrarrojo visible e invisible, dejando sólo la verdadera llama visible 56 • Un algoritmo de procesamiento de imágenes 26 separa y cuenta los colores de los píxeles de la imagen visible de los espectros de color aplicables, determinando dé i este modo la relación de calidad de llama y su relación con el humo precursor • La relación de calidad de llama es enviada jal controlador de antorcha automatizado 34, en donde los algoritmos de control determinan si se requiere un cambio,; y si es así, proveen un ingreso corrector al sistema jde generación de llama 46 | • Algoritmos de procesamiento de imágenes adicionales y/o algoritmos de control proveen evaluaciones secundarias tales como estado del piloto 48, temperatura de i la llama 56, temperatura de la antorcha 12, el quemador 14 o el piloto 48, determinando si hay un quemado interno, etc. ' Base operativa A continuación se describe la base operativa, la teoría de las operaciones y cómo se utiliza el sistema ! de control de la invención con relación a la antorcha 12 y/o el quemador 14. La referencia a la antorcha 12 se usa más abajo, pero se entiende que la referencia a la antorcha 12 también comprende el quemador 14. i El sistema de control de antorcha 10 de 1 la invención se utiliza para ayudar a asegurar que las antorchas 12 (incluyendo antorchas de vapor y antorchas de aire) operan de manera efectiva y eficiente para destruir componentes potencialmente indeseables en la corriente de la antorcha. | i El sistema de control de antorcha 10 de la invención se puede usar para proveer un aviso temprano antes dé la formación de hollín en la antorcha 12, y esos datos precursores pueden ser usados en el circuito de control de retroalimentación 38 de la antorcha 12 para modificar la estequiometría de la punta para la combustión óptima ' y eficiencia de destrucción. El sistema puede reducir la sobíe-vaporización y la dilución subsiguiente usando jel procesamiento estadístico de imágenes visuales observando el color de la llama y la luminosidad cerca de la raíz de la llama. Por ejemplo, colores más claros (desplazados hacia el espectro azul) y la ausencia de una luminosidad muy reducida pueden indicar separación de la llama y sobre-vaporización; o un grado de estos. La llama 56 se torna eventualmente invisible al casi infrarrojo a medida que se aplica demasiado aire o vapor. Durante las condiciones de dilución, ' la geometría de la llama 56 en el espectro visible puede ser identificada. A media que la llama 56 se torna más clara, la unión de la llama 56 sufre, y la llama 56 comienza a separarse visiblemente de la punta. Para tales situaciones, el aire o el vapor se reduce en la antorcha 12 o el quema'dor 14 para reducir el efecto de dilución. ¡ Para iniciar la llama 56 en la salida, o aún internamente dentro de la antorcha 12, se necesita lograr una mezcla inflamable y se necesita una fuente de ignición para encender la mezcla. La antorcha 12 mantiene típicamente varios (por ejemplo, tres a cuatro) quemadores de piloto redundantes 48 para la ignición. Los quemadores 14 operan 100% del tiempo para asegurar que se encuentra disponible üna fuente de ignición en el caso de que ocurra un evento de quemado. Siempre tiene que estar disponible una fuente I de ignición para la antorcha 12, o la antorcha 12 ya no puede realizar su trabajo. El sistema de control de antorcha 101 de la invención se usa para asegurar que los quemadores del piloto están encendidos y listos para encender la antorcha; si se tuviera que iniciar un evento de quemado. | Se han notado problemas cuando la corriente de combustible está o bien sobre-aireada o sustancialmente diluida de tal modo que se encuentra disponible una energía i calorífica insuficiente para sostener la llama 56. Cuando está sobre-aireado o sobre-vaporizado, el gas combustiblej no se encenderá hasta que se logra una estequiometría o velocidad apropiada. Cuando está sobre-vaporizada o sobre-aireada, la punta de la antorcha puede descargar fracciones de gas peligrosas al medio ambiente. Tales condiciones ¡son especialmente problemáticas con respecto a los flujos de tasa de purga o los flujos de fugas. Esto continuará hasta que' el volumen de gas de la antorcha es aumentado suficientemente o la inyección de vapor/aire es reducida de tal modo que se alcanza y estabiliza nuevamente una mezcla de combustible. Nuevamente, el sistema de control de antorcha 10 de la invención se usa para asegurar que los quemadores del piloto están encendidos y listos para encender la antorcha 12, si tuviera que iniciarse un evento de quemado.

A medida que la temperatura de la llama 56 aumentla , se tornará más luminosa y emitirá luz dentro del espectro visible. A medida que la llama 56 se acerca a la capacidad de flujo del ventilador, la llama 56 se vuelve más dependiente del aire atmosférico para completar la oxidación. Esto crea zonas estratificadas ricas dentro de la envuelta de la llama. El hollín o el humo comienzan a formarse típicamente en j la llama 56 a medida que el aire se reduce y/o se producen problemas de mezclado. A medida que se forma hollín dentro de la llama 56, hay usualmente un oscurecimiento de la llama 56, lo que se puede ver típicamente a simple vista.

De acuerdo con la invención, se ha descubierto que se pueden realizar cambios de control al aire y/o el vapor . i basado en la información creada por una cámara de alta definición, color o blanco y negro que usa la escala ' de grises . También se ha descubierto que algunos colores dentro de la llama 56 se vuelven más prominentes y más concentrados justo antes de que la punta de la antorcha comience a crear hollín o humo. Cuando el hollín y el humo se vuelven evidentes, se vuelven visibles desviaciones de color dentro de la llama, lo que indica un enfriamiento. Esto se mues'tra por los cambios en los colores visibles de la llama 56, ? observando desviaciones del espectro azul al espectro rojo de menor temperatura. La llama 56 se observa con más colores i anaranjado oscuro a marrón justo- antes de la formación ;de humo. En este punto se pude ver la formación incipiente !de humo dentro de los límites de la llama. Este color se to ¦rjna más denso hasta que se alcanza el punto de que el área paréce separarse del cuerpo principal de la llama 56 para producir humo 62 que sale. Con flujo de gas adicional y sin cambió | en el aire, la relación estequiométrica entre estos disminuye y aumenta el humo 62 que sale. El aire es básicamente una cantidad fija, o por lo menos asintótico con el flujo de gas aumentado. Una vez que se alcanza el humo incipiente, el humo que sale aumentará con el flujo de combustible adicional. Sin un cierto ingreso y cambio, la antorcha 12 y/o el quemador! 14 continuarán formando humo con humo más pronunciado a medida que se aumenta el combustible. ¡ En algunos casos, este mismo humo 62 puede ser creado por gas combustible que es soplado del cuerpo principal de la llama por problemas de vientos cruzados . El área de superficie presentada por un gran evento de quemado puede crear fácilmente una zona apreciable para que vientos cruzados separen secciones del gas alejándose del cuerpo principal de la llama 56. Cuando esto sucede, puede formar o bien zonas diluidas sin llama 56 o zonas de llama 56 rijcas capaces de producir humo 62. Cuando flujos de tasa de purga bajos son descargados bajo presiones muy bajas, el viento puede diluir y separar fácilmente las fracciones de combustible no oxidadas para crear situaciones que llevan a emisiones indeseadas/inadmisibles . i Cuando se encuentran flujos de tasa de purga' o fugas, una ráfaga de viento puede tener un efecto adverso significativo debido a un momento de gas bajo. El gas ¡es típicamente ligero cuando está caliente y se eleva en j la corriente de viento. Cuando es soplado alejándose de la fuente de ignición y del aire/vapor que fluye, el gas puede escapar no oxidado.

La prueba de campo del sistema de control ' de antorcha 10 ha mostrado que se puede realizar una propuesta directa observando la relación de calidad de llama, la relación entre pixeles azules y los rojos y verdes. La prueba de campo se realizó con una antorcha que emitía humo y una que no emitía humo para determinar el punto numérico al cual la antorcha comenzaría a formar humo. La porción visible piel espectro electromagnético oscila entre rojo y violeta, siendo rojo el extremo de temperatura más bajo del espectro visible y siendo violeta y azul el extremo del espectro de mayor temperatura. Cuando la llama 56 se torna sub-vaporizada/aireada, o sobre-aireada o vaporizada (extinguida), la llama 56 comenzará a formar hollín/humo. ¡Las partículas sólidas de hollín formadas dentro de la llama 56 comenzarán a bloquear la radiación de la llama 56 para producir un desplazamiento de la llama en el color dentro del espectro visible. El movimiento mensurable del extremo azul y violeta del espectro al extremo rojo y amarillo del espectro j indica este escenario. En muchos casos, este enfriamiento de la llama 56 puede ser detectado digitalmente antes de que ! la llama 56 comience realmente a enfriar de manera significativa. Este efecto se debe en gran parte a la falta de oxígeno, o debido al efecto de extinción de vapor y aire, o aire ya -que enfría la llama por dilución (sobre-vaporización o aire excesivo) .

El sistema de imágenes 18 puede ver ! el desplazamiento del color debido a los desplazamientos de la temperatura de la llama sobre una base segundo a segundo) o una base de una fracción de segundo, si se requiere. Los pixeles son comparados contra un algoritmo numérico permitiendo realizar cambios a las tasas de vapor o aire antes de que la llama comience a formar humo profusamentej, o se separe y se vuelva inestable. Las Figuras 6A-9 son ejemplos representativos de las pruebas de campo.

Con referencia a las Figuras 9, 10A y 10B, durante una prueba de campo de la antorcha 12, se emitió humo 62 de la misma. Usando la primera cámara 20a y la segunda cámara 20b, la llama se delineó repetidamente y se capturó po el sistema de imágenes 18, en donde las imágenes fueron sometidas a los algoritmos de procesamiento de imágenes 26. Los parámetros de funcionamiento 36 resultantes fueron comunicados a través de la salida electrónica 32 al controlador de antorcha automatizado 34, el cual proporcionó el ingreso de control al sistema de generación de llama 46.

Con referencia a la Figura 10A, la historia del tiempo de la prueba de campo muestra la señal de salida de j la cámara en términos de la relación de calidad de llama representado gráficamente en función del tiempo. La Figura 10A también muestra el procesamiento por computadora de la salida de la cámara 20 en términos de relación de calidad i de llama representado gráficamente en función del tiempo. Con referencia a la Figura 10B, la historia temporal de la prueba de campo muestra la curva de llama 56 predictiva en términos de la relación de calidad de llama representada gráficamente en función del tiempo. La curva predictiva en la Figura 10B concuerda con las curvas medidas de la Figura 10A. j La utilización de un dispositivo sensor de imágenes como un sistema de control de acuerdo con la invención; se puede usar para realizar lo siguiente: VARIACIONES VISUALES DE LUZ PARA EL CONTROL Cuando se opera la antorcha 12 manualmente, es muy fácil ver variaciones de color dentro de una llama 56 dada. Cuando la antorcha 12 está por formar humo, la llama 56 se vuelve más oscura y también tiene colores distintos 'con relación al área en donde se está por formar el humo 62. La prueba de la antorcha se realizó durante años variando simplemente el vapor o el aire para suprimir el humo.

Un sistema sensor de imágenes, o sistema de imágenes 18, se puede usar para mantener las mismas fracciones/definición de color que si se viera a simple vista. Esto permite iniciar los mismos procesos lógicos y: de i decisión con un sistema sensor de imágenes para la negación de humo para lograr un control automatizado. Por ejemplo, el sistema sensor de imágenes se puede usar para proveer |el ingreso al sistema de control de antorcha automatizado ¡ 34 para abrir una válvula de control para más vapor, o cambiar el paso en un ventilador axial de paletas para ofrecer más aire cuando se detecta humo. En cualquier- caso, un cambio j de control es más calculado y puede hacer que aumente la llama creada por una punta de la antorcha, mejorando de este modo la efectividad de la antorcha 12 y la punta de la antorcha. Se pueden realizar cambios muy precisos para optimizar la calidad, la estabilidad y la eficiencia de destrucción de la llama.

De manera similar al ojo humano, el sistema j de imágenes 18 es capaz de discriminar entre día/noche y cielo caliente/frío en el espectro visible. Además del espectro I visible, el sistema de imágenes 18 es capaz de operar en por lo menos los espectros infrarrojo y casi infrarrojo.

Adicionalmente , la expansión a otros espectros, tales como el ultravioleta, sólo está limitada por la cámara 20 y los algoritmos de procesamiento de imágenes 26. Los espectros infrarrojo y casi infrarrojo son adecuados para signos jde calor y para la identificación de partículas de hollín que salen de la envuelta de la llama 56.

VERIFICACION DE LA LLAMA DEL PILOTO También se puede usar un dispositivo sensor 'de imágenes para detectar rangos de temperatura. Los quemadores de pilotos 48 asociados con una punta de antorcha dada tienen que quedar encendidos todo el tiempo para asegurar ; la capacidad de encendido de la punta de la antorcha. En muchos casos, se requieren por lo menos dos distintas metodologías para . monitorear y determinar el estado de una llama de piloto para la redundancia. En la mayoría de los casos, éstas se realizan en el punto de la equipo de la llama 56, haciendo el haciendo que el mantenimiento del equipo sea difícil. No es raro que las puntas de las antorchas estén montadas apr x. 200 pies a aprox. 400 pies (aprox. 60 metros a aprox. 120 metros) en el aire. La detección de imágenes es una una metodología adicional para determinar si un piloto se encuentra encendido y para monitorear el mismo piloto desde el suelo. Una propuesta de detección de imágenes puede detectar una llama de piloto en por lo menos tres formas distintas. Primero, el dispositivo sensor de imágenes puede ver la llama. Si se requiere un sistema redundante, la temperatura de la pantalla de la llama alrededor del piloto 48 puede ser medida por detección infrarroja o detección térmica usando una segunda cámara 20b, o una cámara multji-CCD. Si las pantallas están más calientes que el ambiente y más allá de un punto prefijado programado, se puede asumir que se encuentra contenida una llama del piloto. iLa confirmación se puede obtener usando una cámara de infrarrojo separada en el infrarrojo de longitud de onda media o el infrarrojo de longitud de onda larga, que puede detectar j la temperatura de la pantalla. Si la llama se apagó, el sistema de control hace sonar una alarma o envía una alarma J al sistema de control principal. En algunos casos, el sistema ¡de control puede tratar automáticamente de volver a encender! el piloto hasta que se determine que tal esfuerzo no tendrá éxito. ; Esta misma metodología se usa para determinar si la llama 56 está contenida profundamente dentro del cuerpo de la punta de la antorcha. Si la llama 56 está estabilizada profundamente dentro de los límites de la punta, se puede identificar un punto caliente en la envuelta exterior de la punta. Usando los dispositivos de control divulgados en la presente para mover la llama del interior de la punta permitirá que la envuelta se enfríe, indicando que el cudrpo de la punta ya no está en riesgo por la llama interna.

PROBLEMAS DE VIENTO La llama 56 generada por una antorcha de vapor o aire 12 puede ser muy pequeña con respecto a los flujos !de tasa de purga. Esta misma antorcha 12 también puede producir una llama 56 apreciablemente grande durante un evento de quemado real en gran escala para que una llama 56 muy grande generada por una antorcha de vapor o aire queme a una tasa razonable, se presenta un área de superficie significativa para el viento. La presión asociada con el viento es capaz entonces de empujar contra la llama 56 de tal modo que , la I llama 56 comenzará a moverse fuera del eje (doblarse) . Cuando la llama 56 se mueve fuera del eje, también se mueve alejándose del aire de alta velocidad (y/o vapor y flujoíde ! aire) que necesita para oxidar apropiadamente la llama. Las pruebas han mostrado que la necesidad estequiométrica de una antorcha se ve afectada significativamente por la cantidad de viento aplicada a la superficie de la llama. En algunos casos, cuanto mayor es el viento, mayor es la necesidad estequiométrica para mantener la llama formada apropiadamente y libre de humo. Durante los flujos de . tasa de purga (llamas apreciablemente pequeñas) , el viento puede tener un impacto significativo sobre la dilución de la llama 56. Los efectos del viento, junto con el vapor y el aire, y/o el flujo1 de aire pueden producir una mezcla de procesos que ya no es inflamable. Cuando se produce esta condición, la eficiencia de destrucción normal de la antorcha 12 puede disminuir mucho o desaparecer completamente. Cualquier cosa que lleve a una reducción de la eficiencia de destrucción puede tener jun impacto significativo en el medio ambiente y los aspectos de seguridad de la antorcha en general. El conocimiento de estos problemas permite a los operadores tomar decisiones conscientes para agregar o eliminar vapor y aire como j se requiera, posicionar la llama 56 cerca de la zona de mezcláda diseñada para mantener la funcionamiento óptima. Esto ¡se realiza para mantener a la llama 56 libre de hollín o humo i 62 cuando el viento es apreciable.

Cuando se observan flujos de tasa de purga, puede tener que reducirse completamente el vapor y/o el aire para mantener una mezcla inflamable mixture. Nuevamente, ! la eficiencia de destrucción de la antorcha 12 asegura que los gases descargados sean oxidados adecuadamente. En muchos casos, los flujos de purga son más problemáticos que cuando • se realiza un evento de quemado real. Si los operadores fijan el vapor y el aire de tal modo que eventos de quemado menores tengan suficiente flujo sin intervención, los flujos de purga pueden ser diluidos hasta el punto de no inflamabilidad. Dependiendo de la mínima estequiometría requerida, un solo punto prefijado, o umbral, puede por lo tanto ser perjudicial a la operación de la antorcha 12. El sistema de control^ de antorcha 10 de la invención es la mejor manera de asegurar un rango operativo óptimo con eficiencias de destrucción adecuadas. Además, el sistema de control de antorcha 10 asegura un mezclado estequiométrico adecuado, junto con ¡un I posicionamiento de llama adecuado para la envuelta de combustión y eficiencia de destrucción más efectivas.

Nuevamente, el sistema de imágenes 18 y el sistema de control de antorcha 34 automatizado pueden ser programados ' . I para realizar lo mismo que puede realizar un operador, sólo de manera más exacta y que se puede repetir. El dispositivo óptico de captura de imágenes 20, o cámara 20, puede observar la llama 56 continuamente y realizar ajustes al flujo 1 de vapor o aire para agregar un momento adicional y mezclar | la llama 56 cuando se requiera para ayudar a que permanezca vertical. Mantener la llama 56 vertical requiere menos aire para mantener una envuelta de llama libre de humo. El equilibrio de gas y aire o vapor tiene que ser realizado para asegurar que el aire o vapor usado para mantener a la liama 56 vertical no sea suficiente para causar problemas ¡ de dilución subsiguientes. Una segunda evaluación se requiere entonces para asegurar que la temperatura de la llama permanece dentro de un rango suficiente para mantener a; la llama 56 no extinguida y estable. Esto asegura que la llama 56 no está comprometida por la adición de demasiado vapor o aire. La evaluación constante con un sistema de imágenes 18 y un sistema de control de antorcha 34 automatizado, y el control del sistema de generación de llama 46 asegura üna buena combustión y calidad de llama, así como también una buena destrucción de gas adentro.

LLAMA DESPRENDIDA Cuando la llama 56 comienza a estar sobre -vaporizada y/o aireada, la llama 56 comenzará a moverse verticalmente hacia arriba alejándose de la geometría estabilizadora de la punta. Este movimiento es en respuesta a la reducción en la velocidad de la llama junto con ! la dilución. Usando un dispositivo óptico de captura de imágenes 20 junto con una lente visible o una lente infrarroja permite i tomar medidas para evitar que la llama 56 de la antorcha 12 se desprenda del mecanismo estabilizante normal de la punta j de la antorcha. Demasiado vapor o aire puede elevar la llama 56 alejándola del área de descarga y crear inestabilidad.

I Cuando la llama 56 está visiblemente elevada e inestable debido a que está sobre-aireada o sobre-vaporizada, la eficiencia está comprometida. Mantener la llama 56 unida, y a una temperatura razonable para la destrucción, asegura que la eficiencia de la combustión de la punta se ha mantenido. También evita el ruido de baja frecuencia asociado típicamente con una llama 56 inestable.

EVALUACION DE MULTIPLES PUNTAS Usando un dispositivo óptico de captura de imágenes 20 en una posición fija (o una posición no fija en algunos escenarios) permite que el sistema de imágenes 18 evalúe múltiples puntas. Como el dispositivo óptico de captura de imágenes 20 puede realizar todo lo que puede realizar el ojo j humano, el sistema de imágenes 18 es capaz de mirar a una I pluralidad de quemadores, de antorchas encerrados o estéticos para determinar si están encendidos adecuadamente, si son inestables,, y si se están separando (como podría ser el caso en una configuración Indair) . Usando el sistema de control ^de antorcha 34 automatizado, la presión se puede disminuir si 'se determina que los quemadores 14 tienen problemas con respecto a la estabilidad o se separan. Los quemadores 14 pueden ser apagados en el caso de formación de humo 62 para permitir que se forme presión, o para permitir el uso de unidades de baja i presión. Cuando se nota la presencia de humo 62, el sistema i puede rastrear la cantidad de humo 62 y anotar la duración. También puede mantener fotos de las puntas que están formando humo para ofrecer un registro de video histórico. j El uso de una propuesta de detección de imágenes con dispositivo óptico de captura de imágenes 20 dentro del sistema de imágenes 18 ofreces la capacidad de mantener un registro visual de cualquier evento. El sistema puede usar i un registrador, o captura de pantalla, para tomar una foto con sello de fecha/tiempo o una captura de imagen, para anotar, registrar y preservar la imagen de la condición. El registro del evento es importante para documentar todas las operaciones fuera de lo permitido. Debido a que puede determinar la presencia de humo 62, el sistema de imágenes j 18 puede mantener el registro de imágenes a intervalos prefijados, tal como cada uno o dos segundos, o cualquier intervalo de tiempo fijado, hasta que el sistema identifique que ya no se está formando humo 62. Estos registros de imágenes tienen los sellos de fecha y tiempo almacenados conjuntamente de tal modo que los registros de imágenes resultan un documento histórico que indica cuánto tiempo i se produjo realmente el humo, qué nivel de opacidad alcanzó el humo y qué medida alcanzó la salida. Por consiguiente, el registrador 40 actúa como un observador de terceras partes, no desviado, y asegura la credibilidad de los datos.

En la mayoría de los casos, el humo 62 generado de una punta de antorcha sería subjetivo para la o las personas que observan el evento. Teniendo un sistema de imágenes 18 capaz de capturar una imagen verdadera de la llama 56 permite una documentación mejorada del evento real con respecto a la duración y la extensión. Como la llama 56 ocupa un número; de píxeles, se puede obtener un porcentaje de opacidad dentro^ de la llama 56. El uso adicional de las fotos o registros de imágenes también puede mostrar la cantidad de humo que sale de la llama 56 durante salidas extremas.

Típicamente se aplica un Número de Ringleman al efluente de las antorchas 12 que tienen opacidad. La Escala de Ringleman es una metodología utilizada para delinear ¡la densidad del humo creado por una punta de antorcha dada, y si, sobre una base individual, se excedió el permiso. ?1 Número de Ringleman, sin embargo, puede ser muy subjetivo 'ya que pocos individuos están entrenados y saben cómo usarlo adecuadamente. Un generador de Número de Ringleman les opcionalmente parte del sistema de control de antorcha 10 y se usa para documentar la opacidad. Esta capacidad podría ser indicada luego sobre las imágenes a medida que se graban. Estas imágenes servirían entonces como documentación histórica no falseada mostrando la cronología del evento desde el humo incipiente, a través del humo que sale, y de vuelta al punto en el tiempo en el cual la antorcha tiene la llama nuevamente cumpliendo con los requisitos. Cada imagen histórica tendría un sello de fecha y tiempo y el Número1 de Ringleman para el evento de formación de humo.

LLAMA DENTRO DE LA PUNTA Un problema común asociado con una punta , de antorcha es el quemado dentro de la punta cuando la punta está inactiva. En muchos casos, hay miles de pies de tuberías ascendentes para un sistema de antorcha dado. En muchos casos, las válvulas de muchos procedimientos diferentes i tienden a tener fugas, permitiendo que pequeños volúmenes de gas de muy baja presión lleguen a la punta de la antorcha. El gas más pesado que el aire que llega a la punta de ' la antorcha, aumenta de volumen luego dentro de la punta durante un breve lapso de tiempo. A medida que el gas aumenta ¡de volumen, alcanzará eventualmente una mezcla inflamable y !se encenderá desde los pilotos 48. Cuando el gas se calienta durante el día, se tornará más ligero, aumentando de este modo las posibilidades de que escape y realice una combustión. El gas más pesado que el aire típicamente queda entonces dentro de la punta y se quema hasta que no haya más una mezcla inflamable dentro de la punta. Estas condiciones pueden ser perjudiciales para una punta si el aire o el vapor no se encienden para enfriar la punta y protegerla para que resulte dañada. Puede haber problemas también con las eficiencias de destrucción si el aire o el vapor se fijan excesivamente altos a un punto prefijado mecánico para extinguir la corriente de gas y permitir su descarga sin ser oxidado adecuadamente .

El sistema de imágenes 18 puede ver esta pequeña llama por una cámara de infrarrojo o de luz visible 20, cuándo, y si, resulta evidente. En combinación con el sistema de control de antorcha 34 automatizado, puede controlar entonces el aire y el vapor para mantener la corriente adecuadamente oxidada sin detrimento de la eficiencia [ de destrucción de la antorcha 12. También puede hacer que el personal de operaciones conozca que hay un problema con fugas corriente arriba de modo que mantenimiento puede hallar y rectificar el o los problemas. En conjunto, estos procesos detendrán el gas que está ascendiendo hacia el sistema de i antorcha para asegurar que no escapen gases no oxidados.

Configurado adecuadamente, el sistema de imágenes i 18 y el controlador de antorcha automatizado 34 pueden rastrear el rango de temperatura al cual está sometida ¡la punta de la antorcha. Si el rango de temperatura se torna excesivo, el vapor y/o el aire pueden aumentarse hasta que se enfríe el punto caliente. La capacidad histórica del sistema podría mantener entonces un registro sobre qué temperaturas se alcanzaron, cuánto tiempo se notaron estas temperaturas, y si las temperaturas fueron localizadas o habían migrado dentro de la punta. El uso adecuado de este I tipo de herramienta podría ayudar a extender la vida útil de una punta de antorcha dada. El rastreo de la historia de la visibilidad de la llama así como también el rango: de temperatura también podría llevar a determinar cualquier crecimiento o disminución del flujo de descarga desde la punta.

APAGADO Durante el apagado, el uso de la tecnología! de sistema de imágenes 18 permite la evaluación de casi cada llama 56 de tipo de antorcha 12 para determinar si una punta dada se apaga adecuadamente. La utilización de un sistema de control de antorcha 10 en base a imágenes I asegura que una sola entidad o una pluralidad de muchas puntas de quemadores son puestas en línea de tal modo de minimizar el humo y maximizar las eficiencias jde destrucción. Un sistema de antorcha 12 encerrado : o estético puede tener un exceso de unos cientos !de quemadores 14. Los quemadores 14 son segmentados de tjal modo que se emplean varios sistemas de tubos ascendentes diferentes. Cada tubo ascendente empleará uno o más ! pilotos 48 de quemadores para encender los quemadores 14 en cada sistema de tubos ascendentes. La ignición |es iniciada en uno o ambos extremos del sistema de tubos ascendentes permitiendo que los quemadores 48 se enciendan secuencialmente una vez que el sistema de tubos ascendentes está ocupado con gas. Después de la ignición de los quemadores iniciales 48, el intervalo de tiempo para el encendido secuencial de los quemadores alineados 48 es muy importante en un sistema que opera adecuadamente. Si un solo quemador 48 no se enciende en un estado alineado, los quemadores 48 restantes podrían tardar varios minutos en encenderse. Durante este tiempo, los gases destinados a la destrucción pueden ser descargados en la atmósfera sin ser oxidados adecuadamente .

El sistema de imágenes 18 puede controlar continuamente un sistema de antorcha 12 dado para determinar si los quemadores 14 se encendieron cuando se necesitaba, cuánto tiempo tomó hasta que se encendieron desde un extremo del tubo ascendente al otro, e iniciar una alarma si había un problema con el sistema. Los operadores pueden tomar entonces la acción adecuada para 1 solucionar la situación. Nuevamente, los apagados problemáticos pueden permitir que una cantidad apreciable de gas sea descargada a la atmósfera. Dependiendo de cómo se programa la unidad, el sistema de imágenes 18 y 1 el sistema de control de antorcha 34 automatizado pueden determinar si hay problemas con el piloto 48, o si , el sistema se enciende adecuadamente cuando es activado. Esto puede ser tan simple como determinar el tiempo que toma encender una línea completa de quemadores 14 y comparar: la información con los datos históricos. Si la duración del tiempo cambia, podría significar que hay problemas con el sistema. Esto sirve como un pre-diagnóstico del sistema para hacer saber al operador cuándo empieza a haber problemas. Con respecto a las antorchas 12 más grandes ! elevadas, el sistema también puede ser programado para 'que esté en un archivo histórico, documentado la longitud; de i un evento de quemado. Dentro del marco de tiempo cronológico del evento, el sistema aumentado por computadora puede registrar cualesquiera problemas conl la ignición, formación de humo durante la descarga, la I duración del evento de quemado, los quemadores 14 que no encendieron y la cantidad fraccional de humo 62 creada i usando una propuesta de Ringleman. El sistema de control asegurará que el sistema de quemado esté siempre listo i · para cualquier descarga asegurando que los pilotos estén encendidos y listos para comenzar la ignición de cualquier gas de antorcha presentado a la punta de las antorchas. ! El sistema de control de la invención también se puede usar de manera similar (según sea aplicable) para monitorear quemadores, pilotos y otros equipos que generan una llama. j Ejemplos de antorchas 12, quemadores 14 y pilotos 48 con relación a los cuales se puede utilizar la incluyen antorchas 12, quemadores 14 y pilotos 48 mostrados por las patentes U.S. Nos. 5,810,575 (Fiare Apparatus and Methods) , 5,195,884 (Low NOx Formation Burner Apparatus and Methods), 6,616,442 (Low NOx Premix Burner Apparatus and Methods), 6,695,609 (Compact Low NOx Gas Burner Apparatus and Methods), 6,702,572 (Ultra- Stable Fiare Pilot and Methods) y 6.840.761 (Ultra-Stable Fiare Pilot and Methods) , todas las cuales se incorporan por í referencia a la presente.

Otras modalidades de la presente invención resultarán evidentes para los expertos en el arte de 'una consideración de esta memoria o la práctica de la invención divulgada en la presente. Así, la memoria antecede es considerada simplemente ilustrativa de presente invención definiéndose el verdadero alcance ésta por las siguientes reivindicaciones.

Se hace constar que con relación a esta fecha, mejor método conocido por la solicitante para llevar a práctica la citada invención, es el que resulta claro la presente descripción de la invención.

Claims (60)

REIVI DICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, jse i reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. - Un sistema de control de antorcha caracterizado porque comprende: un sistema de imágenes de base óptica que incluye: por lo menos un dispositivo de captura de imágenes orientado hacia por lo menos una antorcha que se descarg ' en el medio ambiente; un procesador de imágenes que incluye por lo menos un algoritmo de procesamiento de imágenes capaz de analizar electrónicamente una imagen capturada, de la antorcha, y capaz de discriminar entre la antorcha y un fondo de ambiente; y un procesador de control de antorcha automatizado que define un sistema de control para la antorcha, en donde el procesador de control de antorcha automatizado controla la antorcha en respuesta al análisis recibido del procesador de i imágenes .

2. - El sistema de control de antorcha i de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque, el dispositivo de captura de imágenes incluye además una cámara de infrarrojo y una cámara de imagen visible.

3. - El sistema de control de antorcha I de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la cámara de infrarrojo es una cámara de casi infrarrojo.

4.- El sistema de control de antorcha de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque ¡la cámara de infrarrojo es una cámara de infrarrojo de ampl'io espectro. ¡

5.- El sistema de control de antorcha ¡de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque i comprende además un sistema de control de cámara, en donde jel sistema de imágenes de base óptica se encuentra ¡en comunicación electrónica con el sistema de control de cámara, proporcionando de este modo un control interactivo en tiempo real a la cámara de infrarrojo y la cámara de imagen visiblL.

6. - El sistema de control de antorcha 'de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque 'el dispositivo de captura de imágenes es una cámara con dispositivo acoplado de cargas múltiples.

7. - El sistema de control de antorcha de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque comprende además un divisor de luz posicionado frenté a una lente en la cámara del dispositivo acoplado de cargas múltiples, en donde el divisor de luz divide espectralmente la imagen.

8. - El sistema de control de antorcha ¡de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de captura de imagen incluye además una cámara de casi infrarrojo y una cámara de imagen visible, en donde la cámara de casi infrarrojo define por lo menos un parámetro objetivo para la cámara de imagen visible electrónicamente comunicada a través del sistema de imágenes de base óptica.

9. - El sistema de control de antorcha 'de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque; el procesador de imágenes analiza el video del grupo que consiste en un video digital, un video digital de alta definición, un video analógico y variaciones de estos. j

10. - El sistema de control de antorcha de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque 1 el algoritmo de procesamiento de imágenes está adaptado para identificar un pixel individual en la imagen electrónica capturada de la antorcha.

11. - El sistema de control de antorcha de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el algoritmo de procesamiento de imágenes provee un análisis sobre un estado de ignición de la antorcha.

12.- El sistema de control de antorcha de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el algoritmo de procesamiento de imágenes provee un análisis de predicción de humo precursor sobre un desprendimiento de una llama de la antorcha.

13.- El sistema de control de antorcha de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el algoritmo de procesamiento de imágenes provee una predicción precursora de la inestabilidad de llama en la antorcha.

14. - El sistema de control de antorcha de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el algoritmo de procesamiento de imágenes provee una predicción precursora de humo en la antorcha. !

15. - El sistema de control de antorcha i de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además a circuito de control de retroalimentación entre el procesador de imágenes y el procesador de control ; de i antorcha automatizado, en donde el circuito de control de retroalimentación está adaptado para por lo menos identificar una temperatura de la antorcha, una formación de hollín, un desprendimiento de llama, una diferencia de color y una pluralidad de densidades a través de la llama.

16. - El sistema de control de antorcha ; de I conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además a sistema de generación de llama que incluye la antorcha, en donde el procesador de control de antorcha automatizado provee un ingreso de control. í

17. - El sistema de control de antorcha | de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un registrador, en donde el registrador registra una condición de la antorcha junto con un selloi de fecha y tiempo.

18.- Un controlador de antorcha caracterizado porque comprende: ¡ por lo menos una antorcha que descarga ambientalmente en la atmósfera; un sistema de imágenes, el sistema de imágenes incluye : por lo menos dos dispositivos ópticos de captura de imágenes, en donde por lo menos un dispositivo óptico i de captura de imágenes detecta, ubica y captura una llama en i la antorcha, y por lo menos un dispositivo óptico de captura de imágenes captura una imagen electrónica de la llama; j un procesador de imágenes, el procesador de imágenes es por lo menos una computadora en comunicación electrónica con el dispositivo óptico de captura de imágenes; por lo menos un algoritmo de procesamiento de imágenes incluido en el procesador de imágenes, el algoritmo de procesamiento de imágenes es capaz de analizar la imagen electrónica, en donde el algoritmo de procesamiento de imágenes discrimina entre la antorcha y la atmósfera; y 1 una salida electrónica generada por el procesador de imágenes, en donde la salida electrónica identifica por lo menos un parámetro de funcionamiento de la antorcha; y 1 un procesador de control de antorcha automatizado que recibe la salida electrónica, el procesador de control de i antorcha automatizado genera un ingreso de control de respuesta a un sistema de generación de llama que incluye !la antorcha.

19. - El controlador de antorcha de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende además un sistema de control de captura de imágenes que define operativamente el control del dispositivo óptico de captura de imágenes, que incluye el control operativo y j la comunicación electrónica entre el dispositivo óptico ' de captura de imágenes. 1

20. - El controlador de antorcha de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el dispositivo óptico de captura de imágenes incluye una cámara que opera en el espectro infrarrojo/casi infrarrojo, y una cámara que I opera en el espectro visible.

21. - El controlador de antorcha de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el dispositivo óptico de captura de imágenes es seleccionado entre el grupo que consiste en cámaras de dispositivo acoplado-cargado, cámaras de alta definición, cámaras analógicas, cámaras de color, cámaras de blanco y negro, cámaras de escala de grises y combinaciones de estas .

22. - El controlador de antorcha de conformidad icón la reivindicación 18, caracterizado porque comprende además i un registrador, en donde el registrador registra una condición de la antorcha junto con un sello de fecha¦ y tiempo .

23.- El controlador de antorcha de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende además un controlador de válvula en comunicación electrónica con el procesador de control de antorcha automatizado, en donde el controlador de válvula provee control de flujo a un ingreso de vapor a la antorcha. !

24. - El controlador de antorcha de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el procesador Jde imágenes provee un archivo de datos electrónico con análisis cualitativo y cuantitativo de la llama.

25. - El controlador de antorcha de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende además por lo menos un conjunto de equipos de generación de llama controlado por el procesador de control de antorcha automatizado.

26. - El controlador de antorcha de conformidad con i la reivindicación 25, caracterizado porque el equipo de generación de llama está adaptado para controlar todos los aspectos de la generación de llama incluyendo el control de por lo menos una antorcha, por lo menos un quemador, y por lo menos un piloto.

27.- El controlador de antorcha de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el procesador de imágenes incluye un algoritmo de detección de la temperatura, en donde el algoritmo de detección de la temperatura proyee variaciones detalladas de las temperaturas dentro de la llama.

28.- Un método para controlar una antorcha caracterizado porque comprende: i descargar una antorcha en un medio ambiente al aire libre; monitorear la antorcha usando un sistema 'de imágenes de base óptica que tiene por lo menos una cámara; capturar la imagen de la antorcha como una imagen I electrónica usando la cámara; analizar la imagen electrónica de la antorcha usando por lo menos un algoritmo capaz de predecir la formación de humo, y por lo menos un algoritmo que es capaz de discriminar entre la antorcha y el ambiente al aire libre; y I ajustar la antorcha en base a la condición analizada de la antorcha.

29.- El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque comprende además una primera cámara y una segunda cámara.

30.- El método de conformidad con la reivindic*ación 29, caracterizado porque la primera cámara es una cámara de infrarrojo usada para identificar la llama de la antorcha, y la segunda cámara es una cámara de espectro visible usada para enfocar en la llama y capturar la imagen electrónica.

31. - El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la cámara de infrarrojo provee información de objetivo a la cámara de espectro visible. '

32. - El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el sistema de imágenes de base óptica es capaz de discriminar el estado de ignición, el desprendimiento de la llama y el humo de la antorcha.

33.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el sensor de imágenes de base óptica discrimina operativamente entre una pluralidad de antorchas en tiempo real . 1

34. - El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque comprende además una entrada j de vapor a la antorcha, controlándose la entrada de vapor y ajustándose de conformidad con la condición analizada de1 la antorcha .

35.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque comprende además una entrada de aire a la antorcha, controlándose la entrada de aire y ajustándose de conformidad con la condición analizada de la antorcha.

36.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el paso de ajustar la antorcha incluye controlar por lo menos las antorchas, todos |los quemadores y todos los pilotos .

37.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el paso de analizar incluye emplear algoritmos cualitativos y cuantitativos capaces de detectar temperatura, hollín de la llama, desprendimiento de la llama, discriminación del color de la llama dentro de la llama, y variaciones de densidad en las bandas de coloración.

38.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque la imagen producida es suficiente para proveer un análisis que incluye el conteo de pixeles.

39.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque comprende además un sistema de alarma, el sistema de alarma provee un aviso automatizado para por lo menos un desprendimiento de llama, humo, hollín, í condición de llama encendida y condición de llama apagada.

40.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque comprende además una función j de j registro, el registro proporciona un sello de fecha y tiempo detallado para todas las condiciones de la antorcha.

41.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque comprende además un paso ' de detección de apagado previo de la antorcha.

42.- El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque comprende además el paso de negación de humo, en donde el paso de ajuste provee un ajuste, en tiempo real a la antorcha, negando de este modo el desarrollo de humo.

43. - El método de conformidad con la reivindicaci Ión 29, caracterizado porque el medio ambiente al aire libre incluye condiciones atmosféricas que consisten en cielos i despejados, cielos nublados, lluvia, nieve, aguanieve, viento, polvo y combinaciones de estos.

44. - El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque comprende además el paso de analizar la llama y proveer información con respecto a si la llama está creciendo, está decayendo, está apagada o en un estado estable. j

45. - Un sistema de control de antorcha automático caracterizado porque comprende: por lo menos una antorcha; un sistema de imágenes capaz de capturar electrónicamente una imagen digital de una llama generada por la antorcha; y i un sistema de computadora que incluye software para analizar la imagen capturada por el sistema de imágenes.

46. - El sistema de control de antorcha automático de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el sistema de imágenes incluye un procesador de imágenes, por lo menos un dispositivo óptico de captura de imágenes y un software para procesar la imagen digital.

47. - El sistema de control de antorcha automático de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque el dispositivo óptico de captura de imágenes es una cámara seleccionada entre el grupo que consiste en cámaras J de dispositivo acoplado-cargado, cámaras de dispositivo acoplado con cargas múltiples, cámaras multiespectrales , cámaras 'de alta definición, cámaras analógicas, cámaras de color, cámaras de blanco y negro, cámaras de escala de grises' y combinaciones de éstas. !

48. - El sistema de control de antorcha automático de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porígue el procesador de imágenes y el software están adaptados para convertir una imagen analógica a una imagen digital.

49. - El sistema de control de antorcha automático de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque comprende además un controlador de antorcha, en donde el controlador de antorcha se encuentra en comunicación electrónica con la computadora, y el controlador de antorcha provee un control a una pluralidad de antorchas en basel al análisis realizado por el software en la computadora.

50. - El sistema de control de antorcha automático de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el software incluye un algoritmo capaz de analizar la imagen dígita, y discriminar entre la antorcha y un fondo atmosférico.

51. -El sistema de control de antorcha automático de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el i software está adaptado para identificar un pixel individüal en la imagen digital de la antorcha. j

52. - El sistema de control automático de antorcha de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el software provee un análisis sobre un estado de ignición ¡de la antorcha.

53. - El sistema de control de antorcha automático de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el software provee un análisis sobre el desprendimiento de una llama de la antorcha.

54. - El sistema de control de antorcha automático de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el software provee un análisis sobre la formación de humo1 en la antorcha.

55. - El sistema de control de antorcha automático de conformidad con la reivindicación 45, caracterizado porque el software se adapta para identificar una pluralidad , de pixeles discretos individuales provenientes de la imagen digital de la antorcha en un espectro de longitudes de onda visibles de azul, rojo y verde, en donde el software se adapta para definir una relación de calidad de llama a partir de los mismos

56.- El sistema de control de antorcha de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el algoritmo de procesamiento de imágenes se adapta para identificar una pluralidad de pixeles discretos individuales de la imagen capturada de una llama de la antorcha en un espectro de longitudes de onda visibles de azul, rojo y verde, en donde el algoritmo de procesamiento de imágenes también se adapta para definir su relación de calidad de llama.

57. - El controlador de antorcha de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el algoritmo de procesamiento de imágenes se adapta para identificar una pluralidad de pixeles discretos individuales de la imagen ! electrónica de una llama de la antorcha en un espectro 1 de longitudes de onda visibles de azul, rojo y verde, en dohde i el algoritmo de procesamiento de imágenes también se adapta para definir una relación de calidad de llama a partir de los mismos. !

58. - El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la etapa de análisis también comprende el uso de al menos un algoritmo para identificar una pluralidad de pixeles individuales discretos de la imagen electrónica de una llama de la antorcha en un espectro de longitudes de onda visibles de azul, rojo y verde, en donde la etapa de análisis también define una relación de calidad de llama a partir de los mismos.

59. - El método de conformidad con la reivindicación 58, caracterizado porque la relación de calidad de llama jes la suma de las intensidades azules para cada pixel dividido entre el total de la suma de intensidades ro as para cada pixel más la suma de intensidades verdes para cada pixel.

60. - El método de conformidad con la reivindicación 58, caracterizado porque la relación de calidad de llama jes el promedio de las intensidades azules para cada pixel dividido entre el total del promedio de intensidades rojas para cada pixel más el promedio de intensidades verdes para cada pixel .