DESCRIPCIÓN

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo móvil de protección de una sonda pirométrica, configurada para medir temperaturas, que tiene por objeto preservar el estado de la sonda cuando está situada en el interior de la cámara de combustión o sometida a procesos de altas temperaturas.

La invención es aplicable para la medición de temperaturas de cualquier sistema que requiera conocer su temperatura de funcionamiento, como puede ser cualquier sistema de combustión o calentamiento, siendo más concretamente aplicado a procesos de altas temperaturas.

Antecedentes de la invención

En el estado de la técnica es conocido el uso de instrumentos de medición con las que se testean o miden la temperatura de funcionamiento de las cámaras de combustión o en procesos de altas temperaturas. Estos instrumentos, como las sondas, habitualmente, están instaladas en el interior de la cámara de combustión de forma permanente, lo que determina que en los procesos de combustión, con la generación de escoria, humos, etc., no solo se acorta la vida útil de estas sondas de temperatura, sino que acaban siendo los principales motivos de que se produzcan lecturas de la temperatura deficientes, lo que supone un alto riesgo para el correcto funcionamiento de estas cámaras y de los procesos de altas temperaturas.

Por ello, es necesario realizar un mantenimiento periódico de los instrumentos, y cambiarlos cuando estén deteriorados o sucios, lo que requiere, como es lógico, someter a la instalación a paradas técnicas por personal especializado que además remplace los instrumentos dañados, a lo que se suman los costes adicionales que este mantenimiento periódico implica, lo que constituye un gran inconveniente.

Actualmente, no existe en el mercado ningún mecanismo que permita preservar el funcionamiento del instrumento de medición o de la sonda de modo que ésta no se vea afectada por el funcionamiento de la cámara de combustión cuando se está realizando la medición de temperatura.

Descripción de la invención

La invención define un dispositivo que soluciona estos problemas, desarrollando un instrumento de medición de temperatura, tipo sonda pirométrica,, configurada para medir la temperatura de una cámara de combustión o en cualquier otro proceso de alta temperatura, sin necesidad de estar expuesta en su interior, y un mecanismo de desplazamiento de la sonda que permita desplazar la punta de dicha sonda del interior al exterior de dicha cámara de combustión, proporcionando una lectura exacta de la temperatura durante su uso.

Para conseguir los objetivos y resolver los problemas anteriormente comentados, el dispositivo de protección del instrumento de medición de temperatura tipo sonda pirométrica para cámaras de combustión o para otros procesos industriales de altas temperaturas de la invención, comprende una carcasa fija situada en un orificio pasante que atraviesa una pared de la cámara de combustión.

La pared de la cámara de combustión comprende toda la envoltura, cubierta o estructura que rodea dicha cámara o espacio donde se lleva a cabo la combustión o cualquier proceso a elevadas temperaturas, siendo dicha pared un elemento debidamente configurado para que se lleven a cado dichos procesos en el interior.

La carcasa fija está fabricada con un material rígido y resistente a altas variaciones de temperaturas así como a altas exigencias mecánicas y estructurales, como acero reforzado.

Además de la carcasa fija, el dispositivo también comprende una carcasa móvil dispuesta coaxialmente en el interior de la carcasa fija. Es decir, que tanto la carcasa móvil como la fija tienen secciones continuas regulares que comprenden un eje longitudinal cada una de ellas, estando montada la carcasa móvil en el interior de la fija, compartiendo el mismo eje longitudinal. La sonda pirometrica se encuentra fijada en el interior de la carcasa móvil, donde una punta de dicha sonda pirométrica sobresale de un extremo distal de dicha carcasa móvil, es decir, que la punta de la sonda pirométrica rebasa por el exterior de la carcasa móvil mientras que el resto de la sonda pirométrica se encuentra en el interior.

El dispositivo también comprende un actuador configurado para desplazar linealmente la carcasa móvil respecto de la carcasa fija, de forma telescópica. De este modo, dicho actuador produce un desplazamiento longitudinal de la carcasa móvil con la sonda pirométrica en su interior, de tal manera que puede situar la punta de dicha sonda pirométrica entre dos posiciones extremas:

una posición no expuesta, en la que la punta de la sonda pirométrica se encuentra en el interior de la pared de la cámara de combustión; y

una posición expuesta, en la que dicha punta sobresale de la pared y se encuentra en el interior de la cámara de combustión.

De este modo, la sonda está configura para medir la temperatura del interior de la cámara de combustión cuando la punta de la sonda pirométrica se encuentra en su interior y, para medir la temperatura cuando no está expuesta al interior de dicha cámara de combustión, estando en el interior de la pared.

Mediante esta medición de temperatura de la sonda, cuando la punta se encuentra en la parte no expuesta, también es posible conocer la temperatura del interior de la cámara mediante un algoritmo comparativo entre temperaturas.

Es decir, la sonda pirométrica de medición de temperatura está configurada para calcular que temperatura hay en la zona de combustión en función de la temperatura de la pared, y de corregir el posible desvío que haya podido calcular con el algoritmo una vez la sonda vuelve a exponerse al interior de la cámara.

Debido a dicho cálculo y a la configuración de este dispositivo así como de los elementos que lo forman, la sonda puede trabajar casi de forma permanente en la parte no expuesta de la cámara de combustión, dejando la punta de la sonda en la pared de la cámara de combustión.

En una realización, la carcasa fija se encuentra posicionada perpendicularmente respecto a la pared de la cámara de combustión. De este modo, el desplazamiento lineal del actuador es el mínimo que puede realizarse, ya que, en caso de que la carcasa se encontrase posicionada angulada respecto a la pared de la cámara, el desplazamiento y el recorrido de la carcasa móvil con la sonda sería mayor.

En una realización el dispositivo comprende un revestimiento térmico fijado y envuelto lateralmente sobre la carcasa móvil, encontrándose dicho revestimiento térmico por el interior de la carcasa fija. Este revestimiento térmico se desplaza con la carcasa móvil y tiene por objetivo reducir las pérdidas térmicas de la cámara de combustión por el orificio de la pared y evitar que la medición de temperatura de la sonda se vea afectada por las temperaturas externas a la cámara de combustión.

En una realización el dispositivo comprende unos medios de rodamiento para mejorar desplazamiento lineal entre la carcasa móvil y la carcasa fija, y evitar que puedan descentrarse. Estos medios pueden comprender una o más esferas metálicas entre las dos carcasas repartidas longitudinalmente, aunque también pueden comprender otros tipos de rodamientos como cilindros, dependiendo de la forma geométrica de las carcasas.

En una realización, el dispositivo comprende un elemento de material refractario, de protección, en el extremo distal de la carcasa móvil, donde se encuentra la punta de la sonda pirométrica.

Este elemento de material refractario tiene forma de aro, es de material rígido y se encuentra alrededor de la punta de la sonda, estando configurado para romper los posibles depósitos o acumulaciones de arena, escoria, cenizas y tierra petrificados que se generan en la combustión y que pueden cubrir el orificio por el que se introduce la sonda en la cámara.

Al estar configurado el elemento de material refractario para romper dichos posibles depósitos o acumulaciones, se evitan:

inercias elevadas debido a los depósitos de arena o cenizas depositados sobre la sonda de medición;

desvíos en mediciones de temperaturas por cubrición con arena o cenizas de la sonda de medición, evitando la radiación y convección de la llama; roturas o imposibilidad de extracción de la sonda de medición, ya que los depósitos de arena sobre dicha sonda pueden hacerla adquirir una volumetría superior a la del orificio por el que se introduce la sonda, con lo que al intentar sacarla para tareas de mantenimiento puede romperse directamente o imposibilitar su extracción.

En una realización, la pared de la cámara de combustión comprende un vaciado en el orificio pasante, de mayor sección que dicho orificio pasante, configurado dicho vaciado para alojar la punta de la sonda pirométrica cuando se encuentra en la posición del interior de dicha pared de la cámara de combustión.

La finalidad exacta de este vaciado es no dejar la sonda expuesta a los efectos de radiación y convección que se generan en la cámara de combustión, además de dificultar la concentración de depósitos o acumulaciones en el extremo del orificio debido a su mayor sección.

En una realización, la sonda pirométrica está fijada en el interior de la carcasa móvil de forma coaxial, es decir, que la sonda pirométrica tiene una sección regular cuyo eje longitudinal es el mismo que el eje de la carcasa móvil.

En una realización, la carcasa móvil y la carcasa fija son barras cilindricas huecas, de modo que la sección de dichas carcasas es de menor tamaño que su longitud. Al ser ambas carcasas elementos regulares, su ensamblaje así como el desplazamiento de la carcasa móvil respecto de la fija es más sencillo.

En una realización, el actuador de desplazamiento lineal, que puede ser neumático, hidráulico o eléctrico, comprende un brazo conectado a la carcasa móvil, de tal forma que el actuador está configurado para abrirse y cerrarse telescópicamente, desplazando, mediante esta abertura o cierre, el brazo, la carcasa móvil y por lo tanto, la sonda pirométrica entre las dos posiciones mencionadas anteriormente.

La invención también comprende el uso del dispositivo de protección de la sonda pirométrica de medición de temperatura para cámaras de combustión en procesos industriales de alta temperatura definido previamente. Dicho uso comprende las siguientes etapas:

a. almacenar en una base de datos diferentes valores de temperatura del interior de la pared de una cámara de combustión, asociados a diferentes valores de temperaturas del interior de dicha cámara de combustión;

b. medir con la punta de la sonda pirométrica la temperatura en el interior de la pared de la cámara de combustión, estando dicha punta en el interior de dicha pared; c. calcular la temperatura del interior de la cámara de combustión comparándola con la temperatura del interior de la pared;

d. desplazar la carcasa móvil longitudinalmente respecto de la carcasa fija, introduciendo la punta de la sonda pirométrica en el interior de la cámara de combustión, sobresaliendo de la pared;

e. medir con la punta de la sonda pirométrica la temperatura en el interior de la cámara de combustión, estando dicha punta en el interior de dicha cámara de combustión; y

f. desplazar la carcasa móvil longitudinalmente respecto de la carcasa fija, sacando la punta de la sonda pirométrica al interior de la pared de la cámara de combustión; donde la etapa“c” es posterior a la etapa“b”, teniendo el resto de las etapas anteriores cualquier orden.

La etapa de almacenar datos se realiza siempre que la sonda realiza el desplazamiento de su punta entre el interior y el exterior de la cámara de combustión, de modo que a cada temperatura de la pared le corresponde una temperatura del interior de la cámara de combustión.

La etapa de calcular la temperatura del interior de la cámara de combustión comparándola con la temperatura del interior de la pared, se lleva a cabo mediante un cálculo comparativoque comprende una serie de factores como el tiempo de funcionamiento de la cámara de combustión, el combustible utilizado, la posibilidad de acumulación de escoria, etc.

En una realización, la etapa“d” del uso del dispositivo, de desplazar la carcasa móvil introduciendo la punta en el interior de la cámara de combustión, se puede producir cuando el valor obtenido en la medición de temperatura no se ajusta al esperado del interior de la cámara de combustión (4). Esta medición no esperada consiste en un valor de la temperatura anómalo en función del tiempo de funcionamiento de la caldera, el combustible utilizado, y el resto de parámetros que pueden afectar al funcionamiento de la cámara de combustión, pudiendo ser debido a incrustaciones de escoria, cenizas o similares sobre la sonda.

Esta es una de las mayores ventajas que presenta este desarrollo, además del incremento de la vida útil de la sonda por la no exposición constante y directa al interior de la cámara de combustión, ya que la sonda está configurada para exponerse al interior de dicha cámara cuando el cálculo llevado a cabo detecte que hay alguna anomalía que pueda afectar a la de seguridad o medición en proceso.

De esta forma, en el caso de que la medida de temperatura de la pared o el cálculo del interior de la caldera no se ajuste a lo esperado, se elimina o reduce el posible desvío calculado, exponiendo la punta de la sonda a la medición directa en el interior de la cámara.

En una realización, en la etapa “d” del uso del dispositivo, el elemento de material refractario situado en el extremo distal de la carcasa móvil, donde se encuentra la punta de la sonda pirométrica, descompone las posibles acumulaciones de arena, escoria, cenizas y tierra petrificados que se han podido crear, debido a la combustión, en el extremo del orificio con la cámara. De esta manera, al desplazar la carcasa móvil, dicho material refractario, unido fijamente a su extremo, choca con las acumulaciones de escoria, descomponiéndolas.

En un uso, la punta de la sonda sólo se sitúa en el interior de la cámara de combustión, en una posición expuesta, cuando se detecta una situación de anomalía o para romper los posibles depósitos de arena o cenizas petrificados que se forman en muchos tipos de cámaras de combustión.

De esta manera, la sonda pirométrica únicamente está en la cámara de combustión cuando se requiere realizar una medida de temperatura exacta, lo que aumenta considerablemente la vida útil de la sonda al mismo tiempo que permite distanciar considerablemente el mantenimiento periódico de la misma.

La configuración descrita del dispositivo y del procedimiento permite resolver todos los problemas anteriormente comentados ya que:

Permite el aumento de la vida útil de la sonda de medición, estando configurado para cualquier tipo de cámara de combustión con cualquier proceso y con cualquier tipo de elemento de medición.

El dispositivo permite mediante un cálculo comparativo ser cada vez más eficiente con la recogida de datos siendo capaz de reducir sus exposiciones al máximo dándole la máxima vida útil y su vez reduciendo el coste de los elementos de medición por no ser necesarios materiales que acepten condiciones tan extremas. Este punto es el que permite al dispositivo diferenciarse económicamente de los presentes en el mercado.

- Además, la parte móvil del dispositivo es capaz de extraerse de forma que se puedan realizar tareas de mantenimiento y de análisis sin cambiar el estado al que ha precipitado, después del periodo de operación al que haya estado sometido.

Descripción de las figuras

Para completar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a esta memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un conjunto de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una vista en alzado, cortada e interrumpida, en la que se aprecia el dispositivo de protección de la sonda pirométrica para cámaras de combustión, en la posición en la que la punta de dicha sonda está en el interior de la cámara de combustión, en una posición expuesta, midiendo directamente la temperatura de la cámara, es decir, estando la punta sobresaliendo de la pared.

La figura 2 muestra una vista en alzado, cortada e interrumpida, en la que se aprecia el dispositivo de protección de la sonda pirométrica para cámaras de combustión, en la posición en la punta de dicha sonda está dentro de la pared de la cámara de combustión, en un vaciado del orificio, midiendo la temperatura en dicho vaciado.

Realización preferente de la invención Como se puede apreciar en las figuras 1 y 2, en una realización preferente, el dispositivo de protección de una sonda pirométrica (1) para cámaras de combustión (4) comprende una carcasa fija (2) con forma de barra cilindrica y hueca, que atraviesa perpendicularmente la pared (3) de dicha cámara de combustión (4).

Dicha carcasa fija (2) está fabricada en un material metálico resistente a las variaciones de temperatura y a las exigencias mecánicas a las que se ve sometida, y se encuentra encajada en un orificio perpendicular pasante de la pared (3) de la cámara de combustión (4), donde dicho orificio comunica el exterior con el interior de dicha cámara (4).

Como se muestra en ambas imágenes, la carcasa fija (2) no contacta con el interior de la cámara de combustión (4) comprendiendo la totalidad de la extensión longitudinal del orificio, sino que parte de su extensión sobresale por la pared (3), de modo que tiene un extremo en el exterior de dicha pared (3), mientras que el extremo opuesto queda fijado en una parte intermedia de dicha pared (3).

El dispositivo también comprende una carcasa móvil (5), con forma de barra cilindrica y de menor sección que la carcasa fija (2), envuelta y fijada dicha carcasa móvil (5) con un revestimiento térmico (7), y situada en el interior de la carcasa fija (2).

Esta carcasa móvil (5) comprende también dos extremos. Un primer extremo situado en el exterior de la pared (3) alejado de la cámara de combustión (4) y un segundo extremo en una parte intermedia del interior de la pared (3) de dicha cámara (4).

En el interior de la carcasa móvil (5) se encuentra fijada la sonda pirométrica (1), que también comprende una forma de barra, dispuesta concéntricamente con la carcasa móvil (5).

La punta (1a) de dicha sonda pirométrica (1) sobresale por el segundo extremo de la carcasa móvil (5), siendo dicho segundo extremo el que se encuentra más próximo a la cámara de combustión (4), y está recubierta lateralmente de un material refractario (9), con forma de aro que protege la sonda (1) de las altas temperaturas de la cámara (4), permite una mejor lectura de la temperatura por parte de la sonda y es capaz de romper las incrustaciones de escoria, ceniza y arena que se pueden formar en el extremo del orificio, cuando se desplaza la carcasa móvil (5). Este material refractario (9) y el revestimiento térmico (7) permiten realizar las medidas de la temperatura de la cámara de combustión (4) de forma que preserva la sonda (1) de las condiciones severas del interior de dicha cámara (4), sin que se pierda hermeticidad y sin que la medición de la sonda (1) se vea afectada por la temperatura del exterior de la cámara de combustión (4).

El dispositivo también comprende un actuador (6) configurado para desplazar linealmente la carcasa móvil (5) respecto de la carcasa fija (2) y por lo tanto, para desplazar la sonda pirométrica (1) respecto de la pared (3) de la cámara de combustión (4). De este modo, la punta (1a) de dicha sonda pirométrica (1) pueda quedar posicionada entre una parte intermedia del interior de la pared (3) de la cámara de combustión (4), como se muestra en la figura 2, y el interior de la cámara de combustión (1), sobresaliendo por la parte interna de la pared (3), como se muestra en la figura 1.

Este actuador (6) de desplazamiento lineal es un cilindro neumático cuyo eje longitudinal orientado en la misma dirección que el eje longitudinal de las carcasas (2 y 5), y comprende un brazo (11) metálico fijado al primer extremo de la carcasa móvil (5) y a una parte móvil de dicho cilindro neumático. De este modo, el cilindro está configurado para alargarse, desplazando linealmente la carcasa móvil (5) hacia el exterior de la pared (3) de la cámara de combustión (4), dejando la punta (1a) de dicha sonda pirométrica (1) en una parte intermedia de dicha pared (3), y para contraerse posicionando la punta (1a) en el interior de la cámara de combustión (4).

Para que el desplazamiento de la carcasa móvil (5) respecto de la fija (2) sea uniforme y no se produzcan descentramientos que puedan dañar la sonda pirométrica (1) o afectar a su lectura, el dispositivo comprende unos medios de rodamiento (8) entre la carcasa móvil (5) y la carcasa fija (2). Estos medios de rodamiento (8) consisten en unas de esferas metálicas situadas en partes intermedias de dichas carcasas (2 y 5), manteniendo siempre el contacto, únicamente mediante un punto de dichas esferas y las carcasas, lo que facilita el deslizamiento entre ambas carcasas (2 y 5).

La pared (3) de la cámara de combustión (4) comprende un vaciado (10) en el orificio pasante, de mayor sección que dicho orificio, configurado dicho vaciado para alojar la punta (1a) de la sonda pirométrica (1) cuando se encuentra posicionada en una parte intermedia del interior de la pared (3) de la cámara de combustión (4). De esta forma, cuando se requiere realizar una medida de temperatura en la cámara de combustión (4) a partir de la temperatura de la pared (3), la punta (1a) de la sonda (1) está alojada en dicho cajeado o vaciado (10), y cuando se realiza una medida de la temperatura directamente en la cámara de combustión (4), la punta (1a) se desplaza hacia el interior de dicha cámara (4) mediante el actuador (6).

En el ejemplo de realización, la cámara de combustión (4) es de una caldera industrial aunque, se podría implementar en cualquier cámara de combustión (4) de calentamiento o cualquier instalación en la que se realizan procesos industriales de altas temperaturas para llevar a cabo la combustión.

La invención también comprende el uso del dispositivo de protección de la sonda pirométrica (1), donde dicho uso comprende una serie de etapas.

Dichas etapas comprenden los desplazamientos de la carcasa móvil (5) respecto de la fija (2), tanto de introducción como la de extracción de la punta (1a) de la sonda (1) en la cámara de combustión (4). Estos desplazamientos siempre son longitudinales, es decir, que se desplaza la carcasa móvil (5) a lo largo de la fija (2).

Cada vez que se produce un desplazamiento, la sonda (1) mide los valores de temperatura de la cámara de combustión (4) y de la pared (3), almacenando dichos valores de forma comparativa, de modo que, cuando la punta (1a) de la sonda se encuentra en la pared (3) de la cámara (4) es capaz de conocer la temperatura del interior de la cámara (4) debido a este almacenamiento de valores, realizando un cálculo comparativo.

El uso de este dispositivo también permite que, en caso de que se acumulen las cenizas, o escoria en la cavidad (10) donde se sitúa la punta (1a) de la sonda, se produce la etapa de desplazar la sonda (1), para que el material refractario (9) rompa dichas concentraciones y permitan una lectura precisa del interior de la caldera (4).