Sensor de deposición basado en la resistencia a la transferencia de calor diferencial.

Un sistema para medir la tasa de deposición, que comprende una sonda (100) que tiene:

i) una superficie de transferencia de calor

(110) que define una primera porción y una segunda porción;

ii) un sensor de flujo de calor (130) que cubre la citada segunda porción de la superficie de transferencia de calor;

iii) una capa delgada de metal (120) que cubre el citado sensor de flujo de calor y la citada primera porción de la citada superficie de transferencia de calor;

iv) una fuente de calor asociada operativamente con la citada sonda y adaptada para suministrar calor a la citada superficie de transferencia de calor;

v) una fuente de agua,

vi) en el que el agua fluye a través de la sonda (100) desde un área de de sección transversal pequeña de la primera porción de la sonda, en la que la superficie de transferencia de calor (110) está cubierta por la citada capa delgada de metal (120), y continúa a un área de sección transversal más grande en la que entra en contacto con la superficie de transferencia de calor de la sonda (100) que está cubierta por el citado sensor de flujo de calor (150) y por la citada capa delgada de metal (120), estando configurada la citada sonda para medir la temperatura de la fuente de calor ( Th), la temperatura de la fuente de agua (Tw), y el flujo de calor en el área de sección transversal más grande (F2) y calcular la tasa de deposición como la tasa de cambio de la resistencia a la transferencia de calor expresada de acuerdo con la fórmula (Th-Tw) / (F2).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/051061.

Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1 RIVER ROAD SCHENECTADY, NY 12345 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: XIAO,CAIBIN, WAN,ZHAOYANG.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > G01N17/00 (Investigación de la resistencia de los materiales a la intemperie, a la corrosión o a la luz)

PDF original: ES-2456496_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sensor de deposición basado en la resistencia a la transferencia de calor diferencial

Campo de la invención La presente invención está relacionada con la monitorización de la deposición de minerales y de biopelículas en sistemas industriales. Más en particular, la presente invención se refiere a un medio y a un procedimiento para la monitorización y la medición de deposiciones de minerales y de biopelículas sobre equipos en los sistemas de procesamiento de fluidos industriales.

Antecedentes de la invención La deposición química y / o biológica en los procesos de fluidos industriales afecta negativamente a la eficiencia del proceso y puede afectar negativamente los procesos de fabricación, incluyendo el tiempo de inactividad operacional y, potencialmente, incluso la parada de la planta. Se entiende en la técnica que la deposición minerales y / o de biopelículas en las torres de refrigeración, intercambiadores de calor y otros recipientes de proceso de fluidos reduce la eficiencia de la transferencia de calor crítica, disminuye la velocidad del flujo y puede conducir potencialmente a la fatiga de la estructura y a la formación de grietas. Además, el mantenimiento del rendimiento del intercambiador de calor de agua de servicio es un problema de seguridad en las plantas de servicios públicos, en especial en las centrales nucleares.

El inicio de depósitos de minerales y / o biológicos en los procesos de fluidos industriales ha sido monitorizado por la medición, ya sea de la diferencia de temperatura a través de una superficie de transferencia de calor o por la medición de cambios físicos y químicos producidos por la deposición sobre una superficie limpia sumergida en el fluido por medio de procedimientos electroquímicos, ópticos, espectroscópicos o acústicos. Son conocidos varios sistemas de monitorización basados en la medición de la temperatura y se han utilizado para controlar la deposición de minerales y de biopelículas, en particular en intercambiadores de calor y torres de refrigeración. La superficie de transferencia de calor en muchos de estos sistemas es fácil de instalar y operar. Los valores de resistencia a la transferencia de calor se proporcionan para la superficie de transferencia de calor simulada, que pueden ser correlacionados, por ejemplo, con la eficiencia global de transferencia de calor de los intercambiadores de calor. Sin embargo, la monitorización de los depósitos basada en la medición de la temperatura está sujeta a las variaciones del proceso, tales como los cambios en la temperatura de proceso, la velocidad del flujo y la temperatura del medio ambiente. Por ejemplo, los cambios en el suministro eléctrico a un calentador eléctrico en un simulador de flujo de calor de corriente lateral pueden provocar errores. Desafortunadamente, debido al efecto de las variables de proceso, muchos sistemas de monitorización de depósitos disponibles en el mercado carecen de la sensibilidad requerida para detectar la aparición temprana de acumulación de depósitos. En consecuencia, la detección de la aparición temprana de acumulación de depósitos en una manera efectiva en costos ha sido difícil de conseguir hasta ahora.

Los procedimientos utilizados para medir los cambios físicos y químicos producidos por la deposición incluyen transmitancia óptica, fluorescencia, y microbalanza de cristal de cuarzo. La sensibilidad de estos procedimientos es generalmente alta. Sin embargo, estos procedimientos requieren instrumentos relativamente caros. Las variaciones y los parámetros del proceso afectan a las mediciones, y una superficie de transferencia de calor puede no ser fácilmente incorporada.

En la patente norteamericana 4.326.164 se proporciona una sonda para la monitorización de la corrosión causada por un medio corrosivo. La sonda comprende un primer elemento de resistencia corrosible, un segundo elemento de resistencia corrosible que tiene una característica de resistencia a la temperatura similar a la del primer elemento, siendo cada elemento en forma de un prisma rectangular, siendo más grande el grosor del segundo elemento que el del primer elemento.

La patente de Estados Unidos 7.077.563 desvela y reivindica un procedimiento para la medición del flujo de calor diferencial, que comprende las etapas de (a) proporcionar una superficie de referencia de transferencia de calor; (b) proporcionar una superficie de ensuciamiento de transferencia de calor; (c) proporcionar una trayectoria de transferencia de calor que pueda transferir el flujo de calor entre la superficie de referencia y la superficie de ensuciamiento;

(d) proporcionar un par de sensores de flujo de calor, estando conectado uno de los sensores a la superficie de referencia y estando conectado el otro sensor a la superficie de ensuciamiento; (e) medir los valores de flujo de calor directamente desde cada sensor sin tener para medir la diferencia de temperatura entre los sensores; (f) calcular los datos de flujo de calor diferencial a través de la trayectoria de transferencia de calor a partir de los valores de flujo de calor; (g) utilizar los datos de flujo de calor diferencial para detectar y cuantificar la acumulación de depósitos en la superficie de ensuciamiento, y en el que ambos valores de flujo de calor en la superficie de referencia y en la superficie de ensuciamiento cambian como respuesta a la acumulación de depósitos en la superficie de ensuciamiento.

Una desventaja del aparato y procedimiento anterior es la dificultad de establecer una superficie de transferencia de calor limpia en el mismo fluido que la superficie de transferencia de calor para la detección.

Otro de los problemas que hay que superar es que la medición del flujo térmico diferencial está sujeta a la variación del tipo de flujo. Por ejemplo, la resistencia al ensuciamiento en una superficie de detección activa o "en uso" es de 5 frente a 0 para la superficie de referencia limpia. La resistencia a la transferencia de calor por convección de flujo es 5 para ambas superficies. Las resistencias totales de transferencia de calor son 10 para la superficie de detección activa y 5 para la superficie limpia, una proporción de 2 : 1. Si la resistencia a la transferencia de calor por convección cambia de 5 a 1, debido al aumento del caudal, y las resistencias de transferencia de calor totales son 6 para la superficie de detección frente a 1 para la superficie limpia, entonces lo que resulta es una proporción de 6 :1. Con el cambio de la relación de resistencia total entre las dos superficies, el flujo de calor diferencial cambiará, pero no como un resultado del ensuciamiento.

En consecuencia, existe una necesidad de un sistema mejorado para la monitorización y la medición de la acumulación de depósitos en los procesos de fluidos industriales y en buques de transporte de fluidos, que no se vean afectadas negativamente por el caudal. Es deseable tener un sistema rápido, preciso y efectivo en costos que pueda detectar y medir la aparición temprana de una deposición química y / o biológica, mientras que sea relativamente insensible a las variaciones del proceso, tales como cambios en la temperatura de proceso, la velocidad del flujo y la temperatura ambiental .

Sumario de la invención De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema en conjunto con una fuente de calor, una fuente de agua y una sonda. La sonda está compuesta por una superficie de transferencia de calor, una primera parte de la cual está cubierta solamente por una capa delgada de metal. La porción segunda o restante de la superficie de transferencia de calor está cubierta por un sensor de flujo de calor y una capa delgada de metal. Las capas de metal de la primera y segunda áreas de la sonda están conectadas, y el agua fluye a través de toda la superficie... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema para medir la tasa de deposición, que comprende una sonda (100) que tiene:

i) una superficie de transferencia de calor (110) que define una primera porción y una segunda porción;

ii) un sensor de flujo de calor (130) que cubre la citada segunda porción de la superficie de transferencia de calor;

iii) una capa delgada de metal (120) que cubre el citado sensor de flujo de calor y la citada primera porción de la citada superficie de transferencia de calor;

iv) una fuente de calor asociada operativamente con la citada sonda y adaptada para suministrar calor 10 a la citada superficie de transferencia de calor;

v) una fuente de agua,

vi) en el que el agua fluye a través de la sonda (100) desde un área de de sección transversal pequeña de la primera porción de la sonda, en la que la superficie de transferencia de calor (110) está cubierta por la citada capa delgada de metal (120) , y continúa a un área de sección transversal

más grande en la que entra en contacto con la superficie de transferencia de calor de la sonda (100) que está cubierta por el citado sensor de flujo de calor (150) y por la citada capa delgada de metal (120) , estando configurada la citada sonda para medir la temperatura de la fuente de calor ( Th) , la temperatura de la fuente de agua (Tw) , y el flujo de calor en el área de sección transversal más grande (F2) y calcular la tasa de deposición como la tasa de cambio de la resistencia a la transferencia de calor expresada de acuerdo con la fórmula (Th-Tw) / (F2) .

2. El sistema de la reivindicación 1, que comprende dos sondas, en el que una sonda tiene una fuente de calor de suministro de baja energía y la otra tiene una fuente de calor de suministro de alta energía.

3. El sistema de la reivindicación 2, en el que la tasa de deposición se calcula como una tasa de cambio de la resistencia a la transferencia de calor diferencial de acuerdo con la fórmula:

(Th_h - Tw_h) / F_h - (Th_1 - Tw_1) / F-1

en la que Th_h es la temperatura de la fuente de calor de una primera de las dos sondas, Tw_h es la temperatura de la fuente de agua de la primera de las dos sondas, y F_h es el flujo de calor de la primera de las dos sondas, Th_1 es la temperatura de la fuente de calor de una segunda de las dos sondas, Tw_1 es la temperatura de la fuente de agua de la segunda de las dos sondas, y F_1 es el flujo de calor de la segunda de las dos son

das.