Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
AUTOMATIC SYSTEM FOR COLLECTING, WEIGHING AND RELEASING SOLID PARTICLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/095364
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an automatic system for collecting, weighing and releasing solid particles comprising a leak-tight weighing chamber (1) which houses a container (5), whereon the particles entering said chamber (1) via an inlet (4) come to rest. The weight of the container (5) is transmitted to a weighing sensor (7) which is also located inside the weighing chamber (1) but which does not come into contact with the walls of said chamber. Once the sample has been weighed, it is removed from the chamber through the injection of compressed air. The inventive system can be used directly to determine the mass flow of solid particles in pneumatic conveyor lines by means of the integration thereof in automatic sampling systems. For this purpose, a signal is emitted which can be integrated in flow regulation loops in order to control said flow.

Inventors:
DELGADO LOZANO MIGUEL ANGEL (ES)
TOVA HOLGADO ENRIQUE (ES)
CONSTANTINO AGUILERA MANUEL (ES)
RODRIGUEZ BAREA FRANCISCO (ES)
Application Number:
PCT/ES2001/000200
Publication Date:
November 28, 2002
Filing Date:
May 22, 2001
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
INGENIERIA ENERGETICA Y DE CON (ES)
DELGADO LOZANO MIGUEL ANGEL (ES)
TOVA HOLGADO ENRIQUE (ES)
CONSTANTINO AGUILERA MANUEL (ES)
RODRIGUEZ BAREA FRANCISCO (ES)
International Classes:
G01G13/02; G01N1/22; G01N15/02; G01N1/10; (IPC1-7): G01N1/20; G01G17/06
Domestic Patent References:
WO1998010266A11998-03-12
WO1999027345A11999-06-03
Foreign References:
US4481985A1984-11-13
ES2065612T31995-02-16
ES8506164A11985-06-16
US5604320A1997-02-18
US5085527A1992-02-04
Download PDF:
Claims:
REIVINDICACIONES
1. Sistema automático para la captación, pesada y evacuación de partículas sólidas que accedan a dicho sistema previa separación de una corriente de gas de transporte por medio de un ciclón o bien por gravedad, a través de dispositivos tales como tolvas, embudos o cámaras de almacenamiento, caracterizado dicho sistema por comprender los siguientes elementos : A) una cámara de pesada (1) provista de un conducto de entrada (4) para las partículas, en cuyo interior se dispone una cubeta (5) (en la que se almacenan las partículas) que, sin hacer contacto con las paredes de la cámara de pesada (1), transmite el peso de la muestra a un sensor de pesada (7); B) una válvula de bola (9) con accionamiento neumático (10) conectada a la cámara de pesada (1) que es cerrada durante los ciclos de evacuación de la muestra ; C) un transmisor (11) que genera una señal de 420 mA en función del peso depositado sobre el sensor de pesada (7); D) un sistema de evacuación de la muestra basado en la inyección de aire comprimido en la cámara de pesada (1) que transporta al exterior las partículas depositadas en la cubeta (5) a través de uno o varios conductos de evacuación (15).
2. Sistema acorde con la reivindicación 1 en el que la cámara de pesada (1) está compuesta por una vasija cilíndrica (2), roscada a una tapa (3) provista del conducto de entrada para las partículas (4) y de un resalte cilíndrico (8) concéntrico con la vasija (2) y la cubeta (5), siendo las dimensiones de todos estos elementos tales que la cubeta (5) presenta una holgura lateral menor de 1 mm con el resalte cilíndrico (8) y la vasija (2), formando un laberinto neumático que dificulta la llegada de partículas al sensor de pesada (7).
3. Sistema acorde con las reivindicaciones 1 ó 2 en el que la cubeta (5) está almenada en su parte superior para facilitar la entrada de aire para la eliminación de las partículas durante los ciclos de evacuación, siendo de forma troncocónica en su base y presentando una altura tal que, cuando el conjunto se encuentra montado, su borde superior presenta una holgura menor que 1 mm con la tapa (3).
4. Sistema acorde con las reivindicaciones 1,2 ó 3 en el que el sensor de pesada (7) es una célula de carga dispuesta en el interior de la cámara de pesada (1), soportada en voladizo sobre la base de la vasija (2) por medio de tornillos y provista de un sistema de protección contra sobreesfuerzos consistente en dos topes fIsicos (13), colocados en un vástago roscado soportado igualmente en la base de la vasija (2), que limitan la deflexión máxima que puede sufrir la célula de carga.
5. Sistema acorde con las reivindicaciones 1,2,3 ó 4, en el que el transmisor (11) se encuentra en el exterior de la cámara de pesada (1), estando conectado al sensor de pesada (7) a través de un cable que atraviesa la vasija (2) por medio de un sello (12), de manera que se garantiza la estanqueidad de la cámara de pesada (1).
6. Sistema acorde con las reivindicaciones 1,2,3,4 ó 5 en el que el sistema de evacuación de la muestra consiste en la inyección de aire comprimido filtrado, previo cierre de la válvula neumática (9), a través de uno o varios conductos situados en la base de la vasija (2) de la cámara de pesada (1), accediendo dicho aire de evacuación al interior de la cubeta (5) a través del espacio laberíntico delimitado por la tapa (3), la vasija (2) y la cubeta (5), originando un vórtice que levanta y transporta las partículas al exterior de la cámara de pesada (1) por medio de uno o varios conductos de evacuación (15) situados en la tapa (3).
7. Sistema acorde con la reivindicación 6 en el que los conductos de evacuación (15) de la muestra situados en la tapa (3) se introducen en la cámara de pesada (1) hasta a una profundidad tal que alcanzan la parte troncocónica de la cubeta (5) estando su flujo a su través restringido durante la recogida de la muestra mediante el cierre de una válvula de bola de accionamiento neumático (16), a la que se encuentran conectados.
8. Sistema acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el que se dispone de un sistema de control basado en un autómata programable, o PC que gobierna : A) la apertura y cierre de la válvula neumática (9) de acceso de la muestra ; B) la inyección de aire comprimido para la evacuación de la muestra; C) la apertura y cierre de la válvula neumática (16) conectada a los conductos de evacuación de la muestra (15) ; D) la señal del transmisor (11) del sensor de pesada (7), estableciendo en caso de que no se haya completado la total evacuación de la muestra, nuevos ciclos de soplado.
9. Sistema acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 integrado en sistemas automáticos de toma de muestra basados en normas internacionales como ASTM D19787, ISO 9931 y ESI Insdustry Standard, para la determinación directa del caudal másico de partículas sólidas en conductos (18) de transporte neumático, estando dicho sistema conectado a un ciclón (28) que capta las partículas durante la aspiración de la muestra y presentando la posibilidad de evacuación de la muestra pesada al conducto de transporte (18) o bien a un segundo ciclón (31) para la recogida de la muestra para su análisis en laboratorio.
10. Sistema acorde con la reivindicación 9 en el que la señal de pesada obtenida es relacionada con el caudal másico de las partículas en el conducto y es implementada en lazos de regulación de caudal para el control de dicho caudal.
11. Sistema acorde con las reivindicaciones 9 ó 10 aplicado a la calibración de otros medidores en continuo de caudal másico de partículas instalados en conductos de transporte neumático.
12. Sistema acorde con las reivindicaciones 1 a 11 aplicado a la determinación en continuo de la granulometría de la muestra obtenida mediante el transporte de dicha muestra por medio de un caudal de aire de evacuación de diseño hacia uno o varios ciclones (34), (35), conectados en serie, de los que se conoce su curva de eficacia fraccional para el caudal de diseño establecido, y que son diseñados para producir dos fracciones apreciables de la muestra original cuyos pesos, determinados en sendos sistemas automáticos de captación, pesada y evacuación, permiten la determinación de la granulometría de la muestra origen.
13. Sistema acorde con las reivindicaciones 1 a 8 aplicado a cualquier sistema que involucre la extracción de una muestra de partículas suspendidas en una corriente de gas de transporte con el objeto de obtener una pesada de forma automatizada de la muestra obtenida.
14. Sistema acorde con las reivindicaciones 1 a 8 aplicado a cualquier proceso en el que se requiera conocer de forma automatizada y precisa el peso de sucesivas muestras de partículas sólidas que accedan por cualquier procedimiento a la cámara de pesada (1), para su posterior transporte a algún sistema de almacenamiento o bien para su incorporación a algún proceso como reactivo o como elemento constitutivo de un producto final. REIVINDICACIONES MODIFICADAS [recibidas por la Oficina Internacional el 11 de diciembre de 2001 (11. 12. 01) ; reivindicaciones I a 14 remplazadas por las reivindicaciones I a 11 (3 páginas)] 1. Sistema automático para la captación, pesada y evacuación de partículas sólidas que puedan acceder a dicho sistema tras su separación de una corriente de gas de transporte por medio de dispositivos tales como ciclones o bien por gravedad, a través de dispositivos tales como tolvas, embudos o cámaras de almacenamiento, consistente dicho sistema en una cámara estanca (1) a la que acceden las partículas a través de uno o varios conductos de entrada (4) provistos de válvulas de corte (9), caracterizado dicho sistema por disponer en el interior de la cámara (1) de una cubeta (5) que, sin hacer contacto con las paredes interiores de dicha cámara (1), es fijada a un sensor de pesada (7) situado igualmente en el interior de la cámara (1), estando ésta constituida por una vasija (2) cerrada por su parte superior por una tapa (3) provista de los conductos de entrada de las partículas (4) y de un resalte cilíndrico (8) concéntrico con la vasija (2) y la cubeta (5), siendo las dimensiones de todos estos elementos tales que la cubeta (5) presenta una pequeña holgura lateral con el resalte cilíndrico (8) y la vasija (2), formando un laberinto neumático que dificulta la llegada de partículas al sensor de pesada (7).
15. 2 Sistema acorde con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el sensor de pesada (7) es una célula de carga dispuesta en el interior de la cámara de pesada (1), estando soportada en voladizo sobre la base de la vasija (2) por medio de tornillos y unida igualmente por tornillos a la cubeta (5) a través de una plataforma (6) y estando provista de un sistema de protección contra sobreesfuerzos consistente en dos topes fisicos (13), colocados a ambos lados de una pletina colocada entre la plataforma (6) y el punto de carga del sensor de pesada (7), estando dichos topes colocados en un vástago roscado, soportado igualmente en la base de la vasija (2), de manera que pueda ajustarse independientemente la deflexión máxima que puede sufrir la célula de carga tanto hacia abajo como hacia arriba.
16. 3 Sistema acorde con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que el sensor de pesada (7) transmite el peso de las partículas a un transmisor (11) que se encuentra en el exterior de la cámara de pesada (1), estando conectado al sensor de pesada (7) a través de un cable que atraviesa la vasija (2) por medio de un sello (12), de manera que se garantiza la estanqueidad de la cámara de pesada (1).
17. 4 Sistema acorde con las reivindicaciones 1,2 y 3 caracterizado por disponer de un sistema de evacuación de las partículas consistente en la inyección de aire comprimido, previo cierre de las válvulas (9) de los conductos de entrada de partículas (4), a través de uno o varios conductos situados en la base de la vasija (2) de la cámara de pesada (1), accediendo dicho aire de evacuación al interior de la cubeta (5) a través del espacio laberíntico delimitado por la tapa (3), la vasija (2) y la cubeta (5), originando un vórtice que levanta y transporta las partículas al exterior de la cámara de pesada (1) por medio de uno o varios conductos de evacuación (15) conectados a través de la tapa (3).
18. 5 Sistema acorde con la reivindicación 4 caracterizado por el hecho de que los conductos de evacuación (15) se introducen en la cámara de pesada (1) hasta la parte inferior de la cubeta (5) estando el flujo a su través restringido durante la recogida de las partículas mediante el cierre de una válvula (16) a la que se encuentran conectados.
19. 6 Sistema acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 integrado en sistemas automáticos de toma de muestra basados en normas internacionales como ASTM D19787, ISO 9931 y ESI Insdustry Standard, para la determinación directa del caudal másico de partículas sólidas en conductos (18) de transporte neumático, estando dicho sistema conectado a un ciclón (28) que capta las partículas durante la aspiración de la muestra y presentando la posibilidad de evacuación de la muestra pesada al conducto de transporte (18) o bien a un segundo ciclón (31) para la recogida de la muestra para su análisis en laboratorio.
20. 7 Sistema acorde con la reivindicación 6 en el que la señal de pesada obtenida es relacionada con el caudal másico de las partículas en el conducto y es implementada en lazos de regulación para el control de dicho caudal.
21. 8 Sistema acorde con las reivindicaciones 6 ó 7 aplicado a la calibración de otros medidores en continuo de caudal másico de partículas instalados en conductos de transporte neumático.
22. 9 Sistema acorde con las reivindicaciones 1 a 8 aplicado a la determinación en continuo de la granulometría de la muestra obtenida mediante el transporte de dicha muestra por medio de un caudal de aire de evacuación de diseño hacia uno o varios ciclones (34), (35), conectados en serie, de los que se conoce su curva de eficacia fraccional para el caudal de diseño establecido, y que son diseñados para producir dos fracciones apreciables de la muestra original cuyos pesos, determinados en sendos sistemas automáticos de captación, pesada y evacuación, permiten la determinación de la granulometría de la muestra origen.
23. 10 Sistema acorde con las reivindicaciones 1 a 6 aplicado a cualquier sistema que involucre la extracción de una muestra de partículas suspendidas en una corriente de gas de transporte con el objeto de obtener una pesada de forma automatizada de la muestra obtenida.
24. 11 Sistema acorde con las reivindicaciones 1 a 6 aplicado a cualquier proceso en el que se requiera conocer de forma automatizada y precisa el peso de sucesivas muestras de partículas sólidas que accedan por cualquier procedimiento a la cámara de pesada (1), para su posterior transporte a algún sistema de almacenamiento o bien para su incorporación a algún proceso como reactivo o como elemento constitutivo de un producto final. DECLARACION SEGUN EL ARTICULO 19 (1) Por la presente declaramos la modificación de las reclamaciones referentes a nuestra solicitud internacional PCT/ES 01/00200 tras la recepción del correspondiente informe de búsqueda internacional. El objeto de dichas modificaciones es destacar las características diferenciadoras de la invención propuesta respecto a las citas referidas en el citado informe. Así, en la reivindicación 1 modificada se hace hincapié en el hecho de que la pesada de las partículas se realiza en el interior de la misma cámara en la que se recogen las partículas a diferencia de la invención citada en el informe de búsqueda internacional US 4 481985 que se basa en una célula de carga externa de la que pende el receptáculo de las partículas. Se han eliminado algunas reivindicaciones y se han agrupado otras con el objeto de conseguir una caracterización más precisa de la invención. No se incluye ninguna modificación en las reivindicaciones que pudieran tener alguna incidencia sobre la descripción y los dibujos presentados.
Description:
SISTEMA AUTOMÁTICO PARA LA CAPTACIÓN, PESADA Y EVACUACIÓN DE PARTÍCULAS SÓLIDAS El sistema objeto de patente consiste en un sistema automático para la captación, pesada y evacuación de partículas sólidas. Independientemente de su carácter genérico, dicho sistema es de aplicación directa para la determinación en continuo del caudal de partículas suspendidas en una corriente de gas de transporte.

Un ejemplo de dicha aplicación se da en las centrales térmicas de carbón, donde el combustible es pulverizado en varios molinos y transportado neumáticamente a través de varios conductos a los quemadores situados en el hogar de la caldera.

Existen varias normas internacionales para la obtención de una muestra representativa de estos conductos que permita obtener, basado en el peso de dicha muestra, el caudal de carbón alimentado a caldera a través de cada uno de ellos, así como la distribución de tamaños de dichas partículas u otros parámetros de interés relativos al funcionamiento y estado de los molinos.

El sistema objeto de patente puede ser integrado en equipos automáticos de toma de muestra de partículas basados en cualquiera de estas normas internacionales, constituyendo un sistema que permite medir en continuo el caudal másico de sólidos transportados neumáticamente a través de un conducto de transporte.

Dentro de este ámbito, la medida proporcionada puede ser integrada en sistemas de regulación de caudal, ya sea instalados en los conductos o bien en los propios molinos, para constituir lazos de control que permitan equilibrar los aportes de sólido por diferentes conductos y proporcionar una alimentación uniforme a los equipos situados aguas abajo. En el caso de las centrales térmicas de carbón, los desequilibrios en los aportes de combustible a la caldera inciden negativamente en el rendimiento del grupo, así como en la generación de óxidos de nitrógeno y escoriaciones localizadas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN * Sector de la técnica : Existen numerosos procesos industriales en los que se requiere el transporte de sólidos a través de conductos por medio de una corriente de gas de arrastre. Ejemplos de ello se dan en la industria alimenticia, farmacéutica y, sobre todo, en procesos de combustión que utilizan algún combustible sólido, como los de las centrales térmicas, plantas de cemento y altos hornos.

Así como para el caso de gases y líquidos ha existido tradicionalmente una gran variedad de equipos para la medida en continuo del caudal másico a través de conductos, para el caso de sólidos transportados neumáticamente, sólamente en los últimos años se han desarrollado tecnologías prometedoras para la determinación de este parámetro.

La importancia de la medida del caudal másico de sólidos depende de cada proceso en particular. Para el caso de centrales térmicas de carbón, esta medida es de vital importancia desde el punto de vista del rendimiento y la operación de la planta, así como desde el punto de vista de la emisión de contaminantes.

La mayoría de las centrales térmicas de carbón utilizan sistemas directos de alimentación de combustible. En dichos sistemas, el carbón u otro combustible sólido es molido en varios molinos en los que se introduce una corriente de aire caliente que seca y transporta el carbón a través de varios conductos a los quemadores situados en el hogar de la caldera. El número de quemadores alimentados por cada molino varía de una instalación a otra, oscilando generalmente entre 4 y 6. Los conductos de transporte desde molinos a quemadores presentan, en general, distintos trazados y longitudes, así como diferentes tipos y números de codos o cambios de dirección. Esta diferencia en la resistencia hidráulica entre los conductos, así como posibles asimetrías en el flujo en el

interior de los molinos o clasificadores, origina la aparición de importantes desequilibrios en los aportes de carbón y aire a cada quemador.

Estos desequilibrios influyen negativamente en el rendimiento y la generación de contaminantes en este tipo de instalaciones, de tal forma que la existencia de zonas críticas con una relación aire/carbón inadecuada propicia penalizaciones en relación a estos importantísimos parámetros. De igual manera, estos desequilibrios pueden generar zonas fuertemente reductoras que hacen descender el punto de fusión de las cenizas, facilitando su deposición sobre los tubos de caldera (escoriación). Este hecho origina pérdidas importantes por transferencia de calor, y, en ocasiones, problemas que pueden obligar a parar la instalación con la consiguiente pérdida de producción.

La práctica común en las centrales térmicas de carbón para reducir estos desequilibrios consiste en añadir en los conductos a mecheros orificios de distintos diámetros que proporcionan pérdidas de carga diferenciales, con vistas a igualar la resistencia hidráulica entre los distintos conductos.

El equilibrado del flujo en cada conducto se consigue mediante medidas de aire en pruebas con aire limpio, en ausencia de carbón. Debido a las peculiaridades del flujo de las mezclas bifásicas, este equilibrado con aire limpio no asegura el reparto homogéneo de carbón durante el funcionamiento normal del molino. Además, los desequilibrios en los caudales de carbón entre los conductos de un mismo molino varían en magnitud y sentido al variar la carga de dicho molino, por lo que el ajuste anterior tiene una eficacia limitada.

Las limitaciones medioambientales de los últimos años han potenciado el uso de los quemadores de bajo NO, que minimizan la generación de este contaminante a través del ajuste de la estequiometría de la llama. El funcionamiento óptimo de este tipo de quemadores está condicionado por un control ajustado de la relación aire-carbón.

Todo lo anterior denota la conveniencia de dotar a estas instalaciones de lazos de control para la regulación de los aportes de carbón a la caldera. Estos lazos de control

deben estar basados en mecanismos regulables, como compuertas, álabes directrices, etc., así como en la medida fiable del caudal de carbón a cada uno de los quemadores.

* Estado de la técnica Existe en la actualidad un amplio abanico de equipos para la medida del caudal de sólidos transportados neumáticamente. Estos equipos pueden clasificarse en dos grandes grupos : equipos extractivos y no-extractivos, en base a la obtención o no de una muestra procedente de los conductos.

Los equipos extractivos aspiran una muestra del sólido transportado en cada conducto. Dicha muestra, tras su posterior pesada y análisis en laboratorio permite obtener el caudal másico así como la distribución de tamaños de las partículas.

Estos equipos están basados, en su mayoría, en normas internacionales desarrolladas para la toma de muestra de carbón pulverizado. Estas normas, ASTM D197-87, ISO 9931 y ESI Industry Standard, especifican un método y los componentes básicos de un equipo de muestreo de carbón pulverizado en conductos circulares, con el fin último de determinar el caudal de carbón y la distribución de tamaños de las partículas.

La norma ASTM D197-87 establece el uso de un equipo manual dotado de una sonda provista de una única boquilla que es llevada a distintas posiciones a lo largo de dos diámetros a 90° en una sección transversal del conducto. La muestra debe ser aspirada a la misma velocidad de la corriente de aire de transporte (velocidad isocinética). Dicha velocidad de aspiración debe ser ajustada para no falsear la medida, ya que una velocidad inferior resulta en una muestra con defecto de finos mientras que una velocidad superior produce una sobreestimación de éstos.

El método más usado para el muestreo de partículas sólidas transportadas neumáticamente es el especificado en la norma ISO 9931. Esta norma ha sido utilizada como referencia por varios fabricantes de equipos como M&W Asketeknik, GEE-EER,

INERCO y Mission Instruments. Todos ellos son equipos manuales que constan de una sonda rotativa provista de cuatro boquillas de aspiración, cada una de las cuales barre en su giro el mismo área de la sección transversal del conducto. La muestra es extraída isocinéticamente por medio del ajuste de la succión proporcionada por un eyector y es separada de la corriente de aire por medio de un ciclón.

Este método presenta respecto al anterior una mejora sustancial en la representatividad de la muestra, siendo menos sensible a los efectos de segregación de partículas producidos por perturbaciones del flujo.

Los equipos basados en la norma ESI Industry Standard utilizan sondas de presión nula que son posicionadas manualmente en diferentes puntos de la sección transversal del conducto, aspirando en cada punto a la velocidad isocinética. Como ejemplo de equipos comerciales que utilizan este método caben destacar los sistemas SMG-10 y AKOMA. Este método presenta, respecto a los anteriores, la ventaja de aspirar isocinéticamente en todos los puntos de la sección, siendo su principal inconveniente el elevado tiempo necesario para la toma de la muestra.

Adicionalmente han sido desarrollados otros equipos que, basados en los métodos anteriormente descritos, automatizan la toma de la muestra. Un ejemplo de estos equipos es el APFS desarrollado por M&W Asketeknik (patente W09810266).

Este equipo está basado en la norma ISO 9931 en cuanto a la forma de la sonda y boquillas de aspiración así como en cuanto a los elementos constitutivos y principio de funcionamiento. Presenta como innovación la instalación en cada conducto de sondas que pueden ser introducidas y retraídas del conducto automáticamente mediante un mecanismo de cremallera accionado por un motor eléctrico.

Como versión avanzada del equipo anterior M&W Asketeknik ha desarrollado el ACFM-2100 que, utilizando la misma sonda y el mismo mecanismo de accionamiento, incorpora en una unidad de control un ciclón de separación de partículas conectado a un sistema en continuo para inferir la cantidad de muestra extraída durante el muestreo. Este sistema consiste en una cámara cilíndrica que durante la toma de

muestra se llena hasta un determinado nivel. Un sensor óptico detecta el nivel de partículas alcanzado en la cámara y, por tanto, el volumen de muestra extraído. El caudal de sólidos en el conducto es inferido conociendo la densidad aparente de las partículas.

Este sistema presenta el inconveniente de producir un resultado por medio de una medida indirecta del peso de las partículas a través de la determinación del volumen de la muestra. Esto puede producir importantes errores en el caso de cambios en la densidad del sólido o distribución de tamaños de las partículas, requiriendo ajustes continuos del equipo para el aseguramiento de la calidad de la medida.

El otro grupo de equipos para la medida de caudal másico de partículas está constituido por los sistemas no extractivos, que han experimentado en los últimos años un importante avance en su desarrollo. Estos sistemas están basados en la medida de alguna propiedad fisica de la corriente bifásica relacionada con la concentración de las partículas. Además de métodos basados en principios electrostáticos, acústicos y mecánicos, todas las regiones del espectro electromagnético, desde rayos gamma a las microondas, han sido utilizadas para el desarrollo de estos sensores.

Estos medidores presentan el inconveniente de ser poco exactos y precisos, debido a que son sensibles a parámetros tales como el contenido en humedad de la mezcla, el tamaño de las partículas y los fenómenos de segregación en los conductos.

Además precisan una calibración periódica mediante medidas comparativas realizadas con métodos extractivos y no permiten la obtención de una muestra para el posterior análisis en laboratorio.

Todo ello hace que en la actualidad ninguna de estas tecnologías haya logrado la robustez necesaria para su implantación a gran escala en la industria.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema automático para la captación, pesada y evacuación de partículas sólidas que accedan a dicho sistema previa separación de una corriente de gas por medio de un ciclón, o bien por gravedad, a través de dispositivos tales como tolvas, embudos, cámaras de almacenamiento, etc.

Como aplicación directa del citado sistema cabe destacarse su utilización en conjunción con cualquier sistema de muestreo isocinético de partículas sólidas en conductos de transporte neumático. Dichos sistemas de muestreo pueden estar basados en cualquiera de las normas existentes relativas a la toma de muestra de dichas partículas, ASTM D197-87, ISO 9931 o ESI Industry Standard, contemplándose su aplicación a cualquier sistema que suponga una automatización de los equipos y procedimientos descritos en dichas normas.

En este campo de aplicación, el sistema permite la obtención, de forma automatizada, de una pesada precisa de la muestra extraída que permite determinar el caudal másico de dichas partículas en la corriente de transporte en función de : el número y área de las boquillas de muestreo, la velocidad de aspiración de la muestra, el área del conducto de transporte y el tiempo de toma de muestra.

Además de proporcionar la medida de caudal, el sistema permite la evacuación de la muestra para una nueva pesada devolviéndola al conducto de donde se extrajo o bien transportándola hacia un recipiente para su posterior análisis en laboratorio.

Por tanto, el sistema conjunto constituye un medidor en continuo del caudal másico de partículas sólidas en los conductos de transporte neumático.

El sistema consiste básicamente en una cámara con un orificio en su parte superior por donde caen las partículas. En el interior de dicha cámara se dispone una cubeta dentro de la cual se recogen las partículas de sólidos que acceden a la cámara. La cubeta descansa libremente sobre un sensor de pesada sin hacer ningún contacto con las

paredes de la cámara que pudiera transmitir parte del peso de las partículas a dichas paredes con el consiguiente error en la medida.

La cámara de pesada dispone de uno o varios conductos para la entrada de aire comprimido que permite la evacuación de la muestra a través de varios conductos de salida, de manera que, sin someter el sensor de pesada a sobrepresiones que dañen su funcionamiento, se garantiza la total extracción de las partículas de la cubeta y al mismo tiempo la limpieza de la cámara de pesada, evitándose la acumulación de partículas en su interior que podría afectar a la medida del sensor.

El sistema descrito proporciona una medida directa de la masa de las partículas recogidas, suponiendo este hecho una ventaja respecto a los existentes en la actualidad instalados en equipos automáticos de muestreo isocinético, basados en la medida por medio de sensores ópticos del volumen de muestra recogido. Esta medida es relacionada directamente con el caudal másico de partículas en el conducto independientemente de la naturaleza de dichas partículas, su distribución de tamaños y su densidad aparente.

Por tanto, no precisa de ajustes adicionales para inferir el caudal de partículas, cuando se produce un cambio en las características de éstas.

Respecto a los medidores en continuo no extractivos mencionados en el apartado anterior, el sistema descrito presenta las siguientes ventajas : -Permite la obtención de una muestra de las partículas. Dicha muestra puede ser llevada a un laboratorio para la determinación de importantes parámetros tales como la humedad y la distribución de tamaños de partículas, así como sus características físicas y químicas.

Proporciona mayor exactitud en los resultados, al estar basado en una medida directa de la masa recogida según un método de referencia.

No necesita calibración, mediante medidas comparativas. Los medidores no extractivos realizan una medida indirecta que relacionan con el caudal de

partículas por medio de calibraciones laboriosas utilizando sistemas manuales de referencia. En este sentido, el sistema descrito, asociado a equipos automáticos portátiles de muestreo, permite la ejecución automatizada de las rutinas de calibración de estos medidores.

El sistema precisa únicamente la calibración del sensor de pesada que puede llevarse a cabo durante actividades periódicas de mantenimiento, por medio de masas patrón.

La presente invención es de aplicación a cualquier sistema de transporte neumático de sólidos. En particular, en centrales térmicas de carbón pulverizado, permitiendo detectar desequilibrios en los aportes de carbón entre los distintos quemadores de la caldera. Así mismo proporciona una señal que puede ser integrada en los lazos automáticos de control de los molinos para el ajuste óptimo de las condiciones de operación del grupo, así como en lazos específicos de control de los caudales de sólido basados en sistemas de regulación tales como compuertas, deflectores de flujo o álabes directrices instalados en los propios conductos o bien en el interior de los molinos o clasificadores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos en los que, tan sólo a título de ejemplo, se representan algunas variantes de realización del sistema.

En la Figura 1 se presenta un esquema del sistema automático de captación, pesada y evacuación, en el que se muestra la cámara de pesada (1), en cuyo interior se dispone una cubeta (5) que, sin hacer contacto con las paredes de la cámara (1), recoge las partículas sólidas que acceden a través del conducto de entrada (4). Dicha cubeta (5) descansa sobre un sensor de pesada (7) conectado a un transmisor (11) que genera una señal de 4-20 mA en función del peso sobre el sensor. En dicha figura se muestran los conductos en entrada de aire comprimido (14) así como los conductos de salida (15) que permiten la evacuación de la muestra una vez ésta ha sido pesada.

La Figura 2 muestra el sistema automático de captación, pesada y evacuación integrado en un sistema automático de toma de muestra de partículas sólidas basado en la norma ISO 9931. El sistema conjunto constituye un sistema en continuo de medida del caudal de sólidos en los conductos de transporte neumático. En la figura se muestra una sonda rotativa (19) que puede ser introducida o retraída del conducto (18) por medio de un cilindro neumático sin vástago (23).

La muestra aspirada circula a través de un ciclón (28) donde se separan las partículas de la corriente gaseosa, cayendo por gravedad a la cámara de pesada (1). Una vez la muestra es pesada es evacuada a un recipiente para su análisis en laboratorio o bien es retornada al conducto (18).

La Figura 3 muestra un detalle del sistema de extracción de un posible equipo automático de toma de muestra de partículas sólidas. En ella se observa un tubo cilíndrico (20) con cuatro orificios de 5 mm por los que se extrae la muestra. Dicho tubo (20) es una variante de las boquillas que especifica la mencionada norma ISO 9931, presentando la ventaja de ser menos susceptible a los atascos por sólidos. Así mismo, se

muestra el mecanismo de accionamiento del giro del tubo (20) a través de un engranaje angular (21), así como la cámara cilíndrica (25) sobre la que es retraída la sonda mientras no se precise la toma de muestra.

En la Figura 4 se presenta el esquema básico de aplicación del sistema automático de captación, pesada y evacuación a la determinación de la granulometría de la muestra pesada. En dicho esquema el sistema de evacuación transporta la muestra con un caudal de transporte conocido a dos ciclones en serie (34) y (35) cada uno de ellos conectado a un sistema de pesada adicional (36) y (37). En función del diseño de los ciclones (34) y (35) y de la fracción de la muestra separada en cada uno de ellos se puede inferir la granulometría de la muestra original.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACION PREFERIDA El sistema de captación, pesada y evacuación de partículas sólidas consiste en una cámara de pesada (1) constituida por una vasija cilíndrica (2) roscada a una tapa (3).

La tapa (3) dispone de un conducto de entrada de las partículas (4) que entran en la cámara (1) por gravedad y son recogidas en una cubeta (5) igualmente de simetría cilíndrica y de diámetro exterior 2 milímetros menor que la pared interior de la vasija (2). La cubeta (5) tiene forma troncocónica por su parte inferior para facilitar la eliminación de las partículas, y está unida a una plataforma (6) sujeta por tornillos a una célula de carga (7) dispuesta en la base de la vasija (2) y soportada sobre la misma en voladizo por dos tornillos. De esta forma el peso de la muestra recogida se transmite a la célula de carga (7) conforme la muestra es recogida.

La disposición de la cubeta (5) en el interior de la cámara (1) compuesta por las piezas (2) y (3) es concéntrica a éstas, de manera que entre la vasija (2) y la cubeta (5) queda un espacio en forma de corona circular de 1 milímetro. La altura de la cubeta (5) es tal que al roscarse a tope la vasija (2) en la tapa (3) quede un espacio de 1 milímetro entre la base interior de esta última y la parte superior de la cubeta (5), que es almacenada para facilitar la entrada de aire para la evacuación de las partículas.

Así mismo la tapa (3) dispone de un resalte cilíndrico (8) concéntrico de diámetro tal que entre su cara exterior y la cara interior de la cubeta (5) quede igualmente un espacio en forma de corona circular de aproximadamente 1 milímetro.

El conducto de entrada de las partículas (4) se conecta a una válvula de bola (9) accionada por medio de un actuador neumático (10) pilotado por una electroválvula de 3 vías. Dicha válvula de bola (9) se abre durante la entrada de partículas y, al cerrarse, hace estanca la cámara de pesada (1).

La célula de carga (7) se encuentra conectada a un transmisor (11) que genera una señal de 4-20 mA proporcional a la masa depositada sobre la célula (7). Dicho transmisor (11) se encuentra en el exterior del sistema de pesada, de manera que el cable de conexión atraviesa la vasija (2) a través de un sello (12) que asegura la estanqueidad de la cámara de pesada (1).

La célula de carga (7) está protegida contra sobreesfuerzos mediante dos topes fisicos (13) colocados en un vástago roscado soportado en la base de la vasija (2) que limitan la deflexión máxima de la célula (7).

La base de la vasija (2) dispone de dos conductos de entrada de aire comprimido (14) para la evacuación de la muestra una vez ésta ha sido pesada. A su vez la tapa (3) dispone igualmente de dos conductos para la evacuación de la muestra (15) transportada por el aire de evacuación. Estos conductos (15) entran en el interior de la cámara de pesada (1) hasta la parte troncocónica de la cubeta (5), y están conectados a una segunda válvula de bola (16) con accionamiento neumático que se encuentra cerrada durante los ciclos de recogida de la muestra, para evitar la entrada de aire a la cámara de pesada (1).

La secuencia de funcionamiento del sistema de captación, pesada y evacuación de partículas sólidas descrito anteriormente es la siguiente :

- Durante la recogida de la muestra la válvula de bola (9) permanece abierta de manera que las partículas son recogidas en la cubeta (5). El laberinto que forman las piezas (2), (3) y (5) dificulta la llegada de partículas a la célula de carga (7) durante la recogida de la muestra.

- Una vez finalizada la captación de las partículas se cierra la válvula de bola (9) tomándose la lectura del transmisor (11) conectado a la célula de carga (7).

- A continuación se procede a la evacuación de la muestra mediante la inyección de aire comprimido a través de los conductos (14) situados en la base de la vasija (2), previa apertura de la válvula (16). Este aire llega a la cubeta (5) a través del espacio laberíntico constituido por las piezas (2), (3) y (5) levantando la masa de partículas y generando un vórtice que facilita su salida a través de los conductos (15).

El aire de evacuación debe ser previamente filtrado para la eliminación de aceites y gotas de agua condensadas. Además de servir de medio de evacuación, este aire cumple adicionalmente las funciones de limpieza de las partículas que pudieran depositarse sobre las paredes de la cubeta de recogida (5) así como el secado de la humedad que eventualmente pudiera condensar sobre dichas paredes procedente de las propias partículas.

La inyección de aire comprimido por la parte inferior del sistema evita así mismo la deposición de partículas en la corona circular comprendida entre la vasija (2) y la cubeta (5). Dicha deposición de partículas crearía un cierto contacto entre dichas piezas que evitaría que el peso de las partículas fuera aplicado completamente sobre la célula de carga (7), produciendo de esta forma un valor de pesada por defecto. De igual forma el sistema de evacuación evita la acumulación de polvo en la célula de carga (7) que pudiera producir su deterioro.

Una aplicación directa del sistema de captación, pesada y evacuación anteriormente descrito es su integración en sistemas automáticos de toma de muestra isocinética de carbón pulverizado en los conductos de transporte a quemadores en centrales térmicas. En la Figura 2 se muestra, a título de ejemplo, un sistema integrado para la determinación del caudal másico de carbón en un conducto.

Dicho sistema consta de una sonda rotativa (19) similar a la especificada en la norma ISO 9931 con la diferencia de usar un tubo cilíndrico (20) con cuatro orificios de 5 mm para la extracción de la muestra, enfrentados a la corriente de aire y carbón y situados en las posiciones que indica la mencionada norma respecto al eje del conducto, en función del diámetro de éste. Dicho tubo cilíndrico (20) gira en torno al eje del conducto (18), mediante un engranaje angular (21) accionado por un motor eléctrico (22).

La sonda (19) puede ser introducida y retraída del conducto (18) por medio de un cilíndrico neumático sin vástago (23) que es soportado por medio de una estructura soporte (24) embridada al conducto (18).

Cuando la sonda (19) se encuentra retraída, el tubo cilíndrico (20) queda alojado en la cámara cilíndrica (25). Antes del inicio de una secuencia de muestreo se produce un soplado a través de la sonda, con el objeto de liberar posibles obstrucciones de los orificios de entrada de la muestra, así como para limpiar la cámara (25) de posibles depósitos de carbón.

Para posibilitar el flujo de limpieza, la cámara (25) dispone de un by-pass (26) que la comunica con el interior del conducto (18) tal y como se muestra en el Figura 3.

A través de dicho by-pass (26) no existe flujo del conducto (18) hacia la cámara (25) ya que ambos se encuentran a la misma presión, al ser ésta última estanca respecto al ambiente.

La sonda (19) está conectada a la unidad de control (27) donde se encuentra el sistema neumático y la instrumentación necesaria recogida en la norma ISO 9931 para

la producción de la succión requerida para la aspiración de la muestra. La velocidad de aspiración de la muestra es calculada en base a datos relativos a la operación de los molinos como el caudal de aire de transporte alimentado y la temperatura y presión de la mezcla aire-carbón en los conductos. Estos datos, que son monitorizados en la sala de control de la central, son procesados por un PC que calcula la succión necesaria y envía, mediante un cable de comunicaciones, la señal correspondiente a un autómata programable situado en la unidad de control (27). Dicho autómata establece y controla la velocidad de aspiración calculada, así como el funcionamiento global del equipo.

Entre la sonda (19) y la unidad de control (27) se encuentra un ciclón de alta eficacia (28) que separa las partículas de carbón de la muestra extraída. Las partículas separadas caen por gravedad al sistema de captación, pesada y evacuación. Una vez completada la toma de muestra la unidad de control (27) cierra la válvula neumática (9) y pesa la muestra recogida. La señal de peso 4-20 mA generada por el transmisor (11) es enviada al autómata de la unidad de control (27) para su procesado. Una vez recibida esta señal se produce la evacuación de la muestra por medio de la introducción de aire comprimido filtrado procedente de la unidad de control (27). El caudal de aire de evacuación puede ser regulado por el regulador (29).

La muestra evacuada puede ser retornada al conducto de transporte (18), en cuyo caso se abrirá durante la evacuación la válvula neumática (30), o bien ser llevada a un ciclón (31) para su recogida y su posterior análisis en laboratorio, en cuyo caso se abrirá la válvula neumática (32).

Como aplicación adicional del sistema automático de captación, pesada y evacuación, se contempla su uso para la determinación automática de la distribución de tamaños de la muestra recogida. En la Figura 4 se representa el esquema básico para la determinación de dicha distribución de tamaños. Una vez la muestra ha sido recogida y pesada en un primer sistema de captación, pesada y evacuación (33), es transportada por medio de un caudal de aire de evacuación de diseño, establecido por el regulador de caudal (29), hacia dos ciclones (34) y (35) en serie. Estos dos ciclones están diseñados en función del caudal de aire de evacuación de diseño para producir dos fracciones

apreciables de la muestra original. Estas dos fracciones son cuantificadas en sendos sistemas de captación, pesada y evacuación (36) y (37). En función de dichas pesadas y de la eficacia de cada ciclón para captar las partículas contenidas en determinados rangos de tamaños predefinidos, puede inferirse el porcentaje de las partículas de la muestra origen con tamaños comprendidos en cada uno de dichos rangos.