Presentación del nuevo modelo de medidor de polvo electrostático

Thread Content

La tecnología de detección de polvo por inducción electrostática de partículas se utilizó por primera vez a finales de la década de 1970 en el área de monitoreo de las emisiones de partículas. Desde los primeros dispositivos de detección de fugas, sencillos y basados en circuitos analógicos, hasta los instrumentos para medir el flujo/concentración de partículas que utilizan chips DSP y algoritmos de procesamiento digital de señales, esta tecnología se ha ido perfeccionando a medida que se ha comprendido mejor el principio de inducción electrostática de las partículas y la mecánica de fluidos en sistemas de dos fases (gas-sólido). Actualmente, se aplica en cada vez más campos industriales. En el año 1995, ocurrió un evento importante: la USEPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos) estableció las normas MACT (Técnicas de Control Más Adecuadas) para la industria de fundición del plomo. En estas normas, por primera vez se exigió el uso de sistemas de monitoreo de partículas basados en la inducción electrostática durante el funcionamiento de los dispositivos de eliminación de polvo. Esto representa el primer reconocimiento oficial por parte de la USEPA de la tecnología de inducción electrostática para las partículas en suspensión. Desde entonces, esta tecnología ha ido apareciendo gradualmente en otras normas de la USEPA relacionadas con las emisiones de polvo. Revisión técnica: Desde finales de la década de 1970 hasta principios del siglo XXI, la tecnología fundamental de los dispositivos para medir partículas por inducción electrostática se basaba en el principio de amplificación analógica multipolar. Incluso cuando los dispositivos posteriores incorporaron microprocesadores, lo que permitió que algunos instrumentos tuvieran pantalla digital, capacidad de comunicación digital y otras funciones inteligentes, la parte relacionada con el procesamiento de las señales originales seguía basándose en tecnologías de circuitos analógicos. Página 4 de 9. El circuito de tratamiento por inducción electrostática para partículas en suspensión ideal debería tener un buen rendimiento tanto en corriente continua como en corriente alterna. En cuanto al rendimiento en corriente continua, es necesario que haya un desvío y una deriva mínimos en todo el rango de detección, además de que el ganancia sea lo más lineal posible ； En cuanto al rendimiento de la comunicación, se necesita un ancho de banda suficiente para abarcar el rango de frecuencias que se desea medir, además de una alta relación señal-ruido. Sin embargo, para diseñar e fabricar instrumentos de detección de la inducción electrostática en partículas en el mundo real, es necesario resolver una serie de dificultades técnicas: la señal generada por la inducción electrostática en las partículas es muy débil, y suele estar en el rango de 10-12 a 10-9 amperios. Para poder detectar señales de corriente tan pequeñas, se necesita un amplificador con un alto grado de amplificación (un ganancia de aproximadamente 109), a fin de obtener una señal que sea medible. Todos los componentes electrónicos analógicos presentan desviaciones, deriva y ruido térmico. Todas estas interferencias se amplifican junto con la señal en sí. Si no se realiza una compensación o aislamiento adecuado, las interferencias pueden ser tan grandes que oculten la señal real, lo que causará que el circuito se sature ； Al mismo tiempo, en los circuitos que utilizan componentes electrónicos tradicionales, un ganancia excesiva limita la anchura de banda del circuito, lo que hace que solo sea posible detectar señales de corriente continua y señales de corriente alterna de bajas frecuencias, alrededor de unos pocos decenas de hercios. Por lo tanto, en la etapa de la tecnología de circuitos analógicos, existen considerables desafíos para fabricar instrumentos de inducción electrostática de partículas estables. A continuación, se analizan las limitaciones de este tipo de instrumentos para la detección de partículas por inducción electrostática, tomando como ejemplo un instrumento típico que utiliza tecnologías de procesamiento de señales analógicas. Según el análisis anterior, se puede observar que los instrumentos de detección de partículas por inducción electrostática, basados en la tecnología de amplificación analógica multinivel, presentan las siguientes características:
• Amplifican sin distinción las señales dentro del rango de frecuencias seleccionado. Esto hace que el instrumento no pueda distinguir entre las diferentes interferencias electromagnéticas, ni tampoco detectar fallos en la sonda, como su contaminación.
• Ancho de banda limitado: En el caso de los dispositivos con acoplamiento de corriente alterna, el rango de frecuencias procesadas suele ser de 1 Hz a 10 Hz. El instrumento isola las señales de corriente continua útiles, pero solo monitorea la zona más débil y vulnerable a las perturbaciones dentro de ese rango de frecuencias. En el caso de los dispositivos con acoplamiento de corriente continua, el ancho de banda procesado suele ser de corriente continua hasta 4 Hz. Aunque el instrumento puede detectar las señales de corriente continua, no puede procesar información de frecuencias más altas.
• No es posible lograr un aislamiento eléctrico efectivo; la sonda, los circuitos frontales y las tuberías cercanas no pueden formar un sistema de referencia de potencial independiente. Por lo tanto, el instrumento es susceptible a interferencias provenientes de circuitos de tierra, como los equipos eléctricos grandes cercanos. También es vulnerable a interferencias provenientes de los cables de señal y de alimentación. Esta es una de las razones principales por las cuales estos instrumentos no funcionan de manera estable en diferentes condiciones y entornos.
• No se realiza ningún análisis específico de las características de la señal, por lo que no es posible determinar las condiciones de flujo. Esto impide realizar las correcciones necesarias en la señal, lo que a su vez afecta la precisión de las mediciones.
En resumen, teniendo en cuenta las características y limitaciones de los instrumentos de detección de partículas por inducción electrostática basados en el principio de amplificación analógica multinivel, estos instrumentos son adecuados como dispositivos sensibles para detectar fugas de polvo en la mayoría de las situaciones. Sin embargo, resulta difícil que cumplan con los estándares de medición precisa. Avances tecnológicos: Con el desarrollo de los microprocesadores y las técnicas de procesamiento de señales digitales, la tecnología de inducción electrostática de partículas también ha entrado en la era digital. Al igual que la tecnología del radar, inventada durante la Segunda Guerra Mundial, desde sus formas simples de amplificación de eco hasta las técnicas modernas de array phased array, el procesamiento digital de señales ha permitido un salto cualitativo en cuanto a la cantidad de información que puede obtener el radar, así como en su capacidad para resistir interferencias, precisión y estabilidad. A principios de este siglo, con la difusión de convertidores analógico-digitales de alta precisión y alta velocidad, la aplicación de modelos de fluidodinámica para el flujo de gases contaminados, el desarrollo de modelos estadísticos y algoritmos de procesamiento de señales, así como la optimización de dichos algoritmos y el uso de hardware de cómputo de bajo costo (DSP, FPGA), se hizo posible el “cálculo Bao Li”: es decir, el uso de algoritmos optimizados para realizar cálculos iterativos sobre datos extraídos mediante muestreo excesivo, con el fin de obtener resultados integrales. Además, la nueva generación de instrumentos para la detección de partículas por inducción electrostática, basados en tecnologías de procesamiento de señales digitales, también se ha ido perfeccionando a medida que su uso en aplicaciones prácticas aumenta. Las características de los dispositivos de detección de partículas basados en el procesamiento de señales digitales son las siguientes:
 Un circuito de medición frontal completamente independiente, separado del resto del equipo mediante aislamiento eléctrico. Esto permite que la sonda, el circuito de medición frontal y las tuberías circundantes formen un sistema de referencia independiente, eliminando así las interferencias provenientes de la fuente de alimentación, las líneas de señal y los circuitos de tierra.
 Técnica de seguimiento continuo de la deriva del circuito de medición frontal y eliminación de las desviaciones. Esto permite eliminar por completo los efectos de la deriva del amplificador dentro de un rango de temperatura razonable (nivel industrial: -40°C a 85°C).
 La parte del circuito analógico no procesa la señal en absoluto; simplemente sirve para almacenar temporalmente o amplificar ligeramente la señal original, manteniendo así una anchura de banda suficiente para que los algoritmos posteriores puedan utilizar más información sobre el fluido.
 En la cadena de señales, se realiza la conversión de señal analógica a digital lo antes posible, y luego se procesan las señales mediante algoritmos estadísticos y digitales.
 Las señales de corriente continua y de corriente alterna se procesan por separado. Se establece un punto de referencia según las condiciones operativas; generalmente, se utiliza la intensidad de la señal de corriente continua o de corriente alterna como punto de referencia.
 Se calcula la velocidad del flujo analizando las frecuencias características de las señales de corriente alterna o la correlación entre las señales de las sondas situadas aguas arriba y aguas abajo. De este modo, se compensan los efectos de las variaciones en la velocidad del flujo en la señal de referencia, de modo que la señal de salida sea solo una función de la concentración de partículas.
 Se analiza la correlación entre varias señales para eliminar las interferencias electromagnéticas en cualquier frecuencia, especialmente las interferencias electromagnéticas espaciales.
 Se utilizan métodos de “bao li” para analizar los datos obtenidos mediante muestreo excesivo, con el fin de eliminar los efectos del ruido aleatorio causado por factores como la turbulencia.
 Al comparar las características de las señales de corriente continua y de corriente alterna, se pueden detectar problemas como la contaminación de las sondas.
Cuando la frecuencia de muestreo supera el rango del “efecto de filtrado espacial”, es posible procesar toda la información relacionada con el flujo de partículas. Al procesar miles de puntos de datos en una muestra, el procesador de señales digitales puede realizar diversos análisis estadísticos y espectrales de la señal. Los algoritmos de correlación cruzada también pueden utilizarse para medir con precisión la velocidad del flujo de partículas. Diversos modelos y algoritmos han sido probados en laboratorio y en las condiciones reales; cuando es necesario, se utilizan programas de análisis de datos offline para ajustarlos y lograr el mejor rendimiento en determinadas condiciones operativas. Por lo tanto, los instrumentos de inducción electrostática de partículas basados en tecnología de procesamiento de señales digitales presentan una mayor estabilidad y repetibilidad, y esto es precisamente la base para la calibrabilidad de las mediciones cuantitativas. En comparación con los dispositivos tradicionales, los dispositivos basados en tecnologías de procesamiento de señales digitales presentan las siguientes ventajas: En resumen, el desarrollo de la teoría de la inducción electrostática de las partículas se ha visto favorecido por los avances en la tecnología electrónica. Sin circuitos de muestreo de alta precisión con suficiente ancho de banda, muchos modelos y algoritmos no podrían ser verificados ； Las características de la señal obtenidas a través del análisis teórico también sirven para optimizar el diseño del circuito de muestreo en el dispositivo final. Los algoritmos para la integración en tiempo real de los dispositivos en los sistemas también requieren un cálculo adecuado de los costos del hardware necesario para su implementación. El campo de la inducción electrostática de partículas ha experimentado, de hecho, una revolución. Sin embargo, la mayoría de las empresas del sector no han abandonado la tecnología fundamental de amplificación por simulación que se ha utilizado durante años, sino que solo han realizado cambios limitados (véase la patente estadounidense 8375766B2, aprobada en 2013, citada anteriormente). Dado que las empresas que utilizan tecnología de amplificación analógica siguen ocupando la mayor parte del mercado, el conocimiento de los usuarios sobre la tecnología de inducción electrostática de partículas también se mantiene en el nivel del siglo pasado. Mientras se cumplan los requisitos de rendimiento, las autoridades reguladoras ambientales de Estados Unidos y la Unión Europea no imponen requisitos estrictos en cuanto a los principios técnicos de los dispositivos de medición de las emisiones de polvo. En comparación con los dispositivos de medición de polvo que se basan en principios ópticos, los dispositivos que utilizan el principio de inducción electrostática para medir la concentración/corriente de partículas tienen sus propias características de uso y aplicaciones óptimas. Sin embargo, estos dispositivos son más sensibles, fiables y económicos, además de requerir casi ningún mantenimiento. Además de la concentración/corriente de partículas, tanto los dispositivos de medición de polvo basados en principios ópticos como aquellos basados en principios de inducción electrostática se ven afectados por otros factores. Por lo tanto, antes de realizar mediciones cuantitativas, ambos tipos de dispositivos deben ser calibrados utilizando partículas con propiedades conocidas y en un flujo estable. Dado que las características reales de las partículas y las condiciones de flujo varían en cada punto de monitoreo, ambos tipos de dispositivos requieren una calibración en el lugar donde se van a utilizar. A diferencia de los instrumentos ópticos, los dispositivos para medir la inducción electrostática de las partículas no necesitan utilizar lentes limpios y cuidadosamente calibrados para medir la luz; en su lugar, utilizan sensores simples, resistentes y que requieren casi ningún mantenimiento para medir el movimiento de las partículas ； Se pueden utilizar sondas de diferentes tipos, para poder instalarlas en todo tipo de tuberías y colectores de polvo que cuenten con una conexión a tierra y un blindaje adecuados. Los instrumentos de inducción electrostática para partículas prácticamente no tienen que preocuparse por la acumulación de polvo en las sondas, y pueden detectar partículas abrasivas o húmedas (no condensadas) en conductos de humo a altas temperaturas. Incluso en situaciones donde hay condensación y es necesario instalar un sistema de muestreo, gracias a la gran resistencia de las sondas de detección de partículas por inducción electrostática, el sistema de muestreo puede **simplificarse**, incluyendo únicamente componentes como los de extracción y calentamiento. Los instrumentos de detección por inducción electrostática de partículas pueden detectar polvo en concentraciones tan bajas como 0,01 mg/m3. Además, son capaces de responder a los cambios en el flujo o la concentración del polvo en el plazo de un segundo. Estos valores están **por debajo de los límites establecidos por cualquier normativa de emisiones**. Debido a su alta sensibilidad y rápido tiempo de respuesta, los instrumentos de inducción electrostática para partículas se utilizan con frecuencia en el mantenimiento de los filtros de polvo, en la verificación de su rendimiento, así como para la detección temprana de fugas y su localización. La nueva generación de instrumentos de detección por inducción electrostática de partículas permite medir con mayor precisión la concentración, el caudal y la velocidad de flujo de las partículas. Además, son menos susceptibles a diversas interferencias. No solo se utilizan para la monitorización tradicional de emisiones, sino también en áreas más importantes relacionadas con el control de procesos productivos, como la medición del flujo en líneas de transporte neumático, la medición de la velocidad de flujo de gases contaminados con polvo y la vigilancia del polvo en espacios abiertos. Además, el grado de aceptación de esta tecnología por parte de la industria también aumentará a medida que se utilice en la práctica con los productos.