Los lodos se encuentran en muchas industrias de procesos, y medir las tasas de flujo de los lodos a menudo es un desafío debido a una variedad de razones, incluidos cambios constantes en el tamaño y volumen de sólidos arrastrados, densidad variable, flujo laminar y la alta velocidad a menudo necesaria para mantener los sólidos arrastrados en solución.
Aplicaciones comunes de medición de lodos, desafíos
Algunas aplicaciones y desafíos comunes de medición de lodos incluyen:
Pasta y papel, con una consistencia típica de 3.6% de sólidos en la entrada de la máquina de papel en el proceso de sulfato, que es el más común para la producción de pulpa química ya que también produce una pulpa más fuerte que el proceso de pulpa mecánica.
Metales y minería con un 5% a 8% de sólidos en muchos flujos, incluido un contenido de sólidos superior al 50% en las líneas de colas de la planta concentradora de cobre.
Inyección química para petróleo y gas y petroquímica, donde las reacciones se suman a la señal de flujo ruidosa.
Las aplicaciones de fracturación hidráulica requieren una precisión del 0.25% de las mezclas de agua y arena bombeadas al pozo para reducir los desafíos del pozo.
Aguas residuales y salmueras de tratamiento, donde la alta conductividad de la salmuera, combinada con aproximadamente un 10% de sólidos, genera una alta variabilidad en la medición de flujo.
Afortunadamente, la mayoría de los lodos son a base de agua y, por lo tanto, un fluido conductor, lo que los hace adecuados para la medición de flujo no intrusiva utilizando medidores de flujo magnéticos o magmeters. Esta tecnología de medición es una de las pocas capaces de medir el flujo en aplicaciones de flujo turbulento y laminar.
Los magmeters están compuestos por un transmisor y un sensor que juntos miden el flujo. El sensor del magmeter se coloca en línea y mide un voltaje inducido generado por el fluido a medida que fluye a través de una tubería. El transmisor toma el voltaje generado por el sensor, convierte el voltaje en una medición de flujo y transmite esa medición de flujo a un sistema principal.
Ya sea que se esté midiendo el flujo de pulpa, salmueras o mineral de minería utilizando magmeters, incluidos aquellos con una placa de impacto para proteger tanto el revestimiento como los electrodos del medidor, las partículas en los flujos de lodo pueden resultar en lecturas inestables. Este y otros problemas pueden abordarse mediante la selección cuidadosa del magmeter adecuado para cada aplicación.
Gestión de señales inestables en la medición de flujo de lodos
Las lecturas inestables e inexactas de magmeter a menudo ocurren debido a los desechos arrastrados en el fluido que impactan en los sensores de electrodo y causan picos de milivoltios, que luego se interpretan como picos de flujo. La tubería de fibra de vidrio a menudo se utiliza en servicios de salmuera o químicos, y tiende a crear mucha corriente estática en la aplicación, lo que, al igual que el problema de impacto de partículas, afecta la integridad de la medición. Al usar un magmeter estándar, estas señales de ruido medidas por los electrodos luchan por separarse de la señal de flujo de manera consistente y precisa.
El método tradicional de compensación para este tipo de ruido es extender el tiempo de amortiguación de la señal de flujo, lo cual se hace en el transmisor. Debido a la naturaleza de estas señales de lodo, no es raro ver tiempos de amortiguación de 30 a 60 segundos. Esta técnica produce un valor estable de la tasa de flujo, pero no es bueno para el control en tiempo real. Para muchos procesos de flujo, el tiempo muerto del proceso a menudo es inferior a un segundo, por lo que amortiguar hasta este punto significa que el control está respondiendo a un cambio que ocurrió múltiples ciclos antes, lo que puede llevar a una operación inestable del sistema de control.
Este tipo de operación inestable a menudo resulta en oscilaciones de la válvula de control, reducción de la productividad y tiempo de inactividad. Incluso con amortiguación aplicada tanto en el transmisor como en el sistema de control, en muchos casos todavía hay demasiado ruido para regular el proceso de manera efectiva.
En un ejemplo de una fábrica de pulpa, cuando el problema estaba en su peor momento, la instalación se vio obligada a apagar por completo el control automático y mover manualmente la válvula de control, lo que no solo llevó a un rendimiento deficiente, sino también a un uso ineficaz del tiempo de los operadores.
Un enfoque mejor para medir la tasa de flujo de lodo
Una forma de reducir el efecto del ruido es aumentar la potencia disponible de la señal generada por el sensor, como aumentar la potencia de 0.5 amperios en diseños antiguos a 2 amperios en diseños más nuevos. Sin embargo, aumentar la potencia de la señal resuelve solo un aspecto del problema de medición, la señal ruidosa, sin abordar completamente el desafío de los desechos u otras fluctuaciones inducidas por el proceso.
Al analizar más de 200 muestras reales de ruido en entornos adversos durante el desarrollo, y aprovechando las capacidades mejoradas de los microprocesadores, un equipo de desarrollo de medidores magnéticos pudo identificar los requisitos para un procesamiento digital más sofisticado en el transmisor, incluyendo el procesamiento activo de señales para identificar e ignorar valores atípicos causados por la impregnación de partículas.
Tecnología interna: Mejoras en el medidor de flujo magnético
Este transmisor avanzado se suministra con nuevas compras de medidores magnéticos, y se puede instalar en instalaciones existentes. Incluye tres perfiles de ruido de proceso, dos frecuencias de bobina, ajuste de cero y cinco modos de procesamiento de señal preconfigurados basados en tiempo de promedio, nivel de ruido de proceso, factor/tolerancia de ruido de proceso, tiempo de escaneo y límite de tiempo del promedio en ejecución. También hay un sexto modo de procesamiento de señal "personalizado" totalmente personalizable que puede ser específico para el usuario según la aplicación. El soporte técnico está disponible para ayudar con el ajuste fino y el desarrollo de configuraciones personalizadas.
El sensor del medidor es un diseño sin obstrucciones ni piezas móviles, lo que lo hace ideal para medir lodos conductivos, donde minimiza el mantenimiento y las reparaciones. Sin piezas móviles ni obstrucciones también significa que no hay fallas mecánicas ni acumulación de material, lo que proporciona un alto nivel de confiabilidad.
Los diagnósticos integrados están adquiriendo una importancia creciente en todas las industrias. Implementar dispositivos de medición que puedan proporcionar información sobre las condiciones de instalación, las condiciones del proceso y la salud del dispositivo son habilitadores clave para el mantenimiento predictivo. Las capacidades de verificación inteligente del medidor proporcionan estos diagnósticos con alertas en tiempo real, notificando a mantenimiento sobre problemas antes de que resulten en problemas relacionados con el proceso. Los diagnósticos incluyen indicaciones de tubería vacía, flujo inverso y saturación de electrodos, así como fallas de puesta a tierra y cableado, junto con otros problemas.
Transmitir variables de diagnóstico, variables secundarias seleccionables por el usuario (como temperatura electrónica, flujo totalizado u cualquiera de las otras 16 variables disponibles) y otra información a un host, como un sistema de control o gestión de activos, requiere un protocolo de comunicación digital. HART (de FieldComm Group) es una opción, y se superpone a la señal de medición de flujo de 4-20 mA.
Tiene la ventaja de ser el protocolo de dispositivo de campo más ampliamente utilizado en las industrias de procesos, por lo que muchos sistemas host admiten el protocolo. Para aquellos que no lo hacen, hay convertidores de protocolo disponibles para convertir la señal HART en múltiples señales discretas y de 4-20 mA, asegurando la compatibilidad con todos los sistemas host.
Los usuarios finales deben buscar una línea de medidores magnéticos con una amplia gama de tamaños, como 3 - 36 pulgadas (80 - 900 mm), con precisión de ±0.25% estándar y configuraciones de opción de alta precisión de ±0.15%, para manejar la mayoría de las aplicaciones.
Tecnología de medición avanzada en acción: aplicación de material de embalaje
Antes de instalar el medidor de flujo magnético de la pulpa, la señal de flujo del medidor variaba entre valores tan altos como 150 L/min y valores tan bajos como 10 L/minuto. Después de la instalación del nuevo medidor de flujo magnético de la pulpa, la reducción del amortiguamiento se redujo de 15 a solo tres segundos. Cuando se combina con las capacidades de procesamiento de la señal en el transmisor, esto produjo una señal mucho más estable, con las mediciones observadas más representativas del flujo real de la pulpa.
El mejor control del proceso resultante, habilitado por una mejor lectura del flujo de la pulpa, no solo apoyó la detección de cambios importantes en la operación, sino que también ayudó a la empresa a evitar trabajos adicionales debido a alimentaciones incorrectas de material, lo que afectaba la calidad del material de embalaje.
Una segunda aplicación en la industria de pulpa, esta vez en Suecia, experimentaba una oscilación excesiva en el proceso. Además del desgaste excesivo en la válvula de control debido a movimientos frecuentes, era necesario volver del control en bucle cerrado al control manual en muchas ocasiones. Con un nuevo medidor de flujo magnético de la pulpa instalado en este molino sueco, el personal de la planta pudo operar de manera consistente en modo de control automático en bucle cerrado, lo que resultó en una mayor productividad, un menor uso de materia prima y menos interrupciones en el proceso.
Tecnología de medición avanzada en acción: aplicación minera
Mejoras similares se pueden encontrar en otras industrias, como en una mina de oro en Sudamérica donde se instaló un medidor de flujo magnético en la línea de distribución de pulpa mineral. Antes de la instalación, el equilibrio automático de la carga circulante (relación entre el material grueso devuelto al molino en comparación con el material fino) no era posible y tenía que hacerse manualmente para tener en cuenta los factores de ajuste. Estos ajustes manuales a menudo eran incorrectos o no se realizaban de manera oportuna, lo que llevaba a un trabajo adicional significativo. La amplia variabilidad del flujo de la pulpa también dificultaba el control del pH del proceso, lo que resultaba en la necesidad de disminuir la producción por razones de seguridad. Después de la instalación del medidor de flujo magnético de la pulpa, la respuesta en tiempo real a los cambios en la tasa de flujo ahora estaba disponible. Esto minimizó el trabajo adicional requerido y aumentó la producción, en gran parte debido a que el equilibrio automático de masas ahora se realizaba en tiempo real.
El medidor magnético avanzado mejora la precisión, controlabilidad y producción
Historias de éxito similares, con mejoras significativas en precisión, controlabilidad y producción, se pueden encontrar en cualquier industria donde se observen señales ruidosas de medidores magnéticos, especialmente con pulpas. Aunque la medición del flujo de pulpa sigue siendo un desafío, especialmente en entornos altamente conductivos o abrasivos cuando la lectura del flujo se utiliza para el control en bucle cerrado, la mayoría de estas aplicaciones se pueden abordar con la tecnología moderna de medidores magnéticos.
Utilizar este tipo de tecnología de vanguardia de manera configurable y personalizable proporciona una baja variabilidad de lecturas de flujo, lo que permite al personal operar sus plantas más cerca de los límites de operación. También proporciona un mejor control automático en bucle cerrado, una mejor estabilidad del proceso y un aumento de la producción, junto con menos desgaste del equipo en una amplia gama de regímenes de flujo, perfiles y rangos.
