Un aparato para detectar la presencia y la posición de una partícula transitoria en gas en el interior de un conducto (1) que comprende:

(i) al menos un emisor (3) de iluminación (4) dispuesto para el barrido de la iluminación a través de una sección transversal del conducto desde el exterior de dicho conducto, en donde la iluminación está dispuesta para ser un haz colimado y (ii) al menos un detector (6) dispuesto para detectar la presencia y la posición de cualquier destello de la iluminación desde cualquier partícula dentro de la iluminación a medida que el haz es barrido a través de la sección transversal del conducto, en donde el detector está montado en el exterior del conducto y fuera de la zona que se extiende perpendicularmente desde la zona barrida del conducto; estando el ángulo de visualización del detector desplazado respecto a la perpendicular al plano de la sección transversal barrida y desplazado hacia el lado del conducto, en donde el detector está sincronizado con el haz emitido y el emisor está configurado para ser barrido, por etapas, con un ángulo de barrido predeterminado, de modo que el haz esté dispuesto para ser barrido en prácticamente la totalidad de la sección transversal del conducto

Detector de partículas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a aparatos y métodos para la detección de partículas, incluyendo el control de la partícula y sistemas de canalización.

Antecedentes de la invención

La presencia de partículas es, en numerosas situaciones, al menos una molestia y en el caso más desfavorable, catastrófica o ilegal. Las partículas pueden transportar impurezas a lugares donde su presencia es indeseable. Dichos lugares incluyen las plantas industriales y el medio ambiente, incluyendo la supervisión de la calidad del aire.

En estaciones generadoras de electricidad, por ejemplo, la presencia de partículas en las entradas a turbinas se debe mantener en un mínimo con el fin de reducir la acumulación de partículas sobre las paletas de las turbinas; dicha acumulación ha de eliminarse, generalmente por pulverización de agua o, si no se realiza, da lugar a una reducción en el rendimiento de la turbina y a la larga, la desintegración de las paletas con resultados destructivos evidentes. En uno u otro caso, se reduce el tiempo de generación.

Las condiciones sin la presencia de partículas, en los ejemplos anteriormente dados, deben existir en la entrada de gas, frecuentemente aire, en el área afectada. Sin embargo, las partículas no se deben alimentar a través de la salida de un área. Por ejemplo, el escape de las estaciones generadoras de energía así como instalaciones de procesos industriales, incluyendo procesos de plantas químicas, no debe emitir partículas a la atmósfera. Dicha práctica es medioambientalmente inadmisible y las emisiones de partículas se deben mantener dentro de un máximo autorizado o límites legales.

En las pruebas de diseño y uso de numerosos sistemas de motores, la cantidad y tipo de partículas emitidas son en función de la eficiencia del motor. Esta eficiencia puede resultar afectada por numerosos factores, incluyendo la temperatura ambiente y la presión del aire. Una operación no eficiente puede ser un desperdicio de combustible, pudiendo dar lugar a daños en el motor que crean más ineficiencia y puede ser perjudicial para el medio ambiente y/o la salud de operadores del sistema de motores. Por lo tanto, sería de utilidad poder analizar la emisión de partículas de un motor con el fin de optimizar su rendimiento. Además, debe ser beneficioso si dicho sistema es utilizado en tiempo real. Sería ventajoso si dicho sistema fuera capaz de realimentación al sistema de gestión de los motores permitiendo la optimización del rendimiento.

Las partículas que entran o salen de un área suelen reducirse mediante el uso de una de gama de sistemas de atenuación, frecuentemente situados en un conducto a través del cual se suministra gas a un área o se elimina desde un área. Dichos sistemas de atenuación comprende, por ejemplo, filtros, combinación de filtros, precipitadores electrostáticos y pararrayos en húmedo. Si el sistema de atenuación se ha instalado de forma incorrecta o errónea o en el transcurso del tiempo, se degrada el sistema de atenuación, se reduce la eficiencia del sistema de atenuación disminuyendo la cantidad de partículas que pasan a través de dicho sistema de atenuación. Es práctica común sustituir un sistema de atenuación transcurrido un periodo de tiempo dado, que se determina por la experiencia del rendimiento del sistema de atenuación admisible. Sin embargo, también se encuentra que un sistema de atenuación puede tener fallos catastróficos antes de que haya transcurrido dicho periodo y permitir el paso inadmisible de partículas a través del sistema de filtro. Esto es un problema particular donde, por ejemplo, el caudal de gas es muy alto o donde el sistema de atenuación comprende un conjunto de filtros y un filtro en dicho conjunto tuviera un fallo prematuro.

Cuando el fallo del sistema de atenuación es inadmisible, entonces el sistema de atenuación o uno o más de los filtros defectuosos se deben sustituir antes de que se alcance el final de la vida útil del sistema. Dicha falta de sustitución puede estar asociada con:

- Desventajas de costes cuando se reduce el uso adecuado del filtro.

- Desperdicio de recursos y en consecuencia, daños producidos al medio ambiente.

- Desventajas de costes por tiempo inactivo de la planta se producen con más frecuencia.

- En algunos casos, se producen incrementos en la posibilidad de una pérdida de contención de las partículas y gas que han pasado a través del sistema de atenuación con el consiguiente mayor riesgo para los seres humanos o el medio ambiente o los procesos protegidos por el sistema de atenuación.

En los sistemas de atenuación existe frecuentemente un límite al tamaño máximo de las partículas que se excluyen como partículas de un tamaño menor que no pueden plantear problemas para el proceso que es objeto de protección. De este modo, las técnicas de conteo de partículas o de integración de señales pueden fallar cuando se cuentan todas las partículas, incluyendo las que no producen ninguna consecuencia. En numerosas aplicaciones, la situación se complica todavía más cuando las partículas que no deben analizarse pueden no tener un nivel continuo, estable o conocido. Su producción puede ser una función de numerosos parámetros complejos y puede ser o parecer caótica. Por ejemplo, el polen puede ser no importante al pasar a través de un filtro, pero la variación en el polen, sobre una base diaria, haría, de poco uso, un conteo de partículas o una medida de la oclusión total.

El análisis del fallo total de los filtros, por medios convencionales, está limitado porque el daño ha sido ya producido. Al principio del fallo, las partículas, que pasan a través del filtro, sólo pueden ser algo más grandes que las que se suponen quedan excluidas y los medios convencionales posiblemente no sean capaces de discernir que el fallo es inminente.

Por lo tanto, existe una necesidad de un aparato y un método para detectar la presencia de partículas en suspensión en gas, en dichos conductos, a través de la sección transversal del conducto. La detección de partículas, sobre una base periódica, también da lugar a la supervisión continua o periódica de un conducto con el fin de detectar la presencia de partículas transitorias por encima de su cero normal o nivel aceptable bajo y el aparato de la invención proporciona dichos medios. En estos conductos, el nivel de normal de partículas es prácticamente cero (es decir, libre de partículas) o en un nivel muy bajo y admisible, cuando el sistema de atenuación está funcionando de modo eficiente. El aparato según formas de realización preferidas de la presente invención evita un supuesto de que una pequeña muestra de la sección transversal representa la totalidad de la sección transversal.

Un problema especialmente agudo está asociado cuando el sistema de atenuación comprende un conjunto de filtros dispuestos a través de un conducto de área de sección transversal de gran magnitud. Dichos conductos pueden ser cuadrados de 20 metros, aunque lo más frecuente está en la zona cuadrada de 5 m de lado. Dichos conjuntos de filtros pueden encontrarse, por ejemplo, en entradas de turbinas a estaciones generadoras de electricidad, pero son bien conocidos en otras áreas. Otros detectores de partículas, anteriormente descritos, generan información sobre el nivel de partículas a través de la totalidad de la sección transversal de un conducto; si se encuentra así un nivel inadmisible de partículas, en ese caso se debe sustituir el sistema de atenuación completo. Dicha sustitución total es de alto coste y probablemente sea innecesaria en el caso de un conjunto de filtros, porque solamente uno de dichos filtros en el conjunto puede estar defectuoso. Por lo tanto, existe necesidad de un detector de partículas que no solamente detectará un nivel inadmisible de partículas dentro de un conducto, sino que también determinará dónde falla de un sistema de atenuación, por ejemplo, qué filtro, en un conjunto de filtros, es defectuoso y por lo tanto, da lugar a ese nivel inadmisible de partículas.

Sin embargo, se han encontrado problemas con las partículas en la realización de detectores de partículas para dichos entornos, debido a las dificultades encontradas cuando el equipo necesita mantenerse o hacerse funcionar en el conducto.

El documento US-A-5 352 901 da a conocer un aparato para detectar la presencia de partículas transitorias en gas, según...

1. Un aparato para detectar la presencia y la posición de una partícula transitoria en gas en el interior de un conducto (1) que comprende:

(i) al menos un emisor (3) de iluminación (4) dispuesto para el barrido de la iluminación a través de una sección transversal del conducto desde el exterior de dicho conducto, en donde la iluminación está dispuesta para ser un haz colimado y

(ii) al menos un detector (6) dispuesto para detectar la presencia y la posición de cualquier destello de la iluminación desde cualquier partícula dentro de la iluminación a medida que el haz es barrido a través de la sección transversal del conducto,

en donde el detector está montado en el exterior del conducto y fuera de la zona que se extiende perpendicularmente desde la zona barrida del conducto; estando el ángulo de visualización del detector desplazado respecto a la perpendicular al plano de la sección transversal barrida y desplazado hacia el lado del conducto, en donde el detector está sincronizado con el haz emitido y el emisor está configurado para ser barrido, por etapas, con un ángulo de barrido predeterminado, de modo que el haz esté dispuesto para ser barrido en prácticamente la totalidad de la sección transversal del conducto.

2. Un aparato según la reivindicación 1, en el que el detector es enfocable sobre la iluminación.

3. Un aparato según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en donde está previsto, además, un registrador (7) para cualquier destello detectado en la iluminación a medida que el haz (4) es barrido a través del conducto (1).

4. Un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se encuentra, además, un dispositivo de ajuste de la imagen configurado para ajustar la imagen recibida por el detector (7) para justificar la imagen recibida en el exterior del conducto (1).

5. Un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el emisor (3) es un láser.

6. Un aparato según la reivindicación 5, en donde el láser (3) proporciona iluminación a 660 nm.

7. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un motor paso a paso (5) para realizar el barrido del haz emisor, por etapas, a través de un conducto (1).

8. Un aparato según la reivindicación 7, en donde el emisor (3) está fijado en un eje del motor paso a paso (5).

9. Un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el detector (6) es una cámara sintonizada a la longitud de onda del emisor (3).

10. Un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios para establecer un nivel de umbral de ruido en el aparato, que puede tender a enmascarar un destello detectado.

11. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el registrador (7) es una bocina de aviso.

12. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende un bucle de realimentación para activar un sistema de gestión, que puede corregir los rendimientos para tener en cuenta un fallo del sistema de atenuación.

13. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde están previstos medios para corregir la vista en perspectiva distorsionada del conducto (1) a partir de la salida del detector (6).

14. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el emisor (3) está situado en el exterior del conducto (1).

15. Sistema de canalización que comprende un conducto (1), un sistema de atenuación (2), al menos en parte en el interior del conducto, y un aparato para detectar la presencia de partículas transitorias en un gas, en el interior del conducto, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

16. Sistema de canalización según la reivindicación 16, en donde el ángulo de visualización del detector (6) está desplazado respecto a la perpendicular al plano de la sección transversal barrida con una magnitud de 20º, preferentemente 30º y todavía más preferentemente 40º.

17. Sistema de canalización según la reivindicación 16 o la reivindicación 17, en donde el conducto (1) comprende una entrada de turbina.

18. Sistema de canalización según la reivindicación 18, en donde la entrada de turbina es la de una turbina generadora de electricidad.

19. Método para detectar la presencia y la posición de una partícula en un gas en el interior de un conducto (1), que comprende las etapas que consisten en:

(i) efectuar el barrido del conducto con un haz de iluminación colimado (4) a partir de al menos un emisor (3) de iluminación a través de una sección transversal del conducto,

(ii) utilizar al menos un detector (6) para detectar la presencia y la posición de cualquier partícula de la iluminación, procedente de cualquier partícula en el interior de la iluminación a medida que el haz es barrido a través de la sección transversal del conducto, en donde el detector está montado en el exterior del conducto y en el exterior de la zona que se extiende perpendicularmente a la zona barrida del conducto; estando el ángulo de visualización del detector desplazado respecto a la perpendicular al plano de la sección transversal barrida y desplazado hacia el lado del conducto, en donde el detector está sincronizado con el haz emitido y el emisor es barrido, por etapas, en un ángulo de barrido predeterminado, con el fin de que el haz sea barrido en prácticamente toda la sección transversal del conducto y

(iii) detectar cualquier destello de la iluminación procedente de la partícula, con el fin de determinar la presencia y la posición en el conducto de cualquier partícula presente.

20. Método según la reivindicación 20, que comprende la etapa que consiste en establecer un nivel de umbral para detectar un ruido.

21. Método según la reivindicación 21, en donde el umbral está, al menos en parte, definido en el espacio.

22. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 21 o 22, en donde el umbral está, al menos en parte, temporalmente definido.

23. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, que comprende la etapa que consiste en sumar el nivel de destello detectado por el detector en cada etapa del haz, cuando existe más de una salida de detector en una etapa dada.

24. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 24, en donde el haz (4) es barrido a razón de 1 a 20 veces por minuto, con 20 a 100 etapas de emisor (3) por barrido.

25. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 25, en donde el haz (4) es barrido a razón de 20 a 100 etapas de emisor por barrido.

26. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 26, que comprende la etapa de corrección de la visualización de la vista en perspectiva distorsionada en coordenadas X-Y de un conducto (1).