Técnología
Pirómetro Acústico
es una tecnología probada y comprobada que usa ondas
sonoras para proporcionar medidas de temperatura a tiempo real
en las empresas de servicio e industrias en Calderas, Hornos
y Chimeneas.
Ondas Sonoras
El sonido es un instrumento poderoso en la medida
y la determinación de ciertas características
físicas de aire y de gases en general. Reconociendo
el potencial de sonido, SEI ha concentrado su pericia en
la física acústica, la electrónica,
el procesado de señal digital y el desarrollo de
software para crear productos poderosamente innovadores
que usan el sonido para solucionar problemas del mundo
real en una gran variedad de usos industriales.
Las ondas sonoras pueden ser usadas para medir con
exactitud la temperatura de un gas. Nuestros sistemas completos Boilerwatch®MMP son los mejores para múltiples trayectorias, creación
de mapas de perfiles térmicos y de distribución
de temperaturas.
Información adicional y aplicaciones
de la patente de tecnologías acústicas de SEI
se encuentra en diversas publicaciones industriales (ver Publicaciones),
incluyendo artículos publicados y documentos de
conferencias técnicas. También ver nuestra
página de La
Literatura para Pruebas de Viabilidad, Informes
y Hojas de Datos.
Medición de Temperatura de Gases
La temperatura de gas es uno de los parámetros
más importantes a medir en una gran variedad de procesos
industriales. Por ejemplo, el diseño progresivo y la
operación de calderas alimentadas por carbón,
aceite, petróleo, gas natural, sustancia químicas
recuperadas de licor negro y de materia de desecho, depende
cada vez más de la supervisión crítica
y la evaluación de condiciones de temperatura de gas
en el horno y las secciones de super-calor del proceso térmico.
La operación acertada de las calderas y la optimización
de su funcionamiento requieren la vigilancia de su temperatura
y de una combustión apropiada y completa de los diversos
combustibles involucrados. Pequeños niveles de sobre-temperaturas
a las que está sujeto cualquier tubo de caldera en metalurgia,
causa reducciones en la correspondiente esperanza de vida de
su equipo, y consecuentemente disminuye los índices
de disponibilidad de la unidad, además de las reparaciones
por interrupción forzada. Una medición directa
y exacta de la temperatura de gas puede proporcionar un valioso
control de gastos, así como la información para
el diseño y la operación de calderas, hornos,
y muchos otros procesos industriales.
Teoría de Medición Acústica de Temperatura
Es conocido que la velocidad de sonido es una función
de la temperatura del medio por el cual se desplaza la onda
sonora. En sistemas para la determinación de distancias,
la variación en la velocidad del sonido es tratada como
un error que requiere la corrección apropiada. En la
Pirometría Acústica los cambios de la velocidad
del sonido proporcionan la medición deseada.
También es conocido desde hace algún tiempo
que la medida del tiempo de vuelo del sonido es empleado para
el cálculo de distancia en aplicaciones meteorológicas,
hidrológicas, e industriales. La determinación
de la temperatura, por otro lado, requiere la medición
del tiempo de vuelo de un pulso acústico sobre una distancia
conocida. Esta medida proporciona la temperatura media del
medio gaseoso a lo largo de toda la trayectoria acústica.
Los principios involucrados en la Pirometría Acústica
son claros. La velocidad de sonido (c) que en un gas es relacionada
con la temperatura de gas por la ecuación:
c = sqrt[rRT/M] (1)
| donde: |
r = ratio del calor específico
del gas a una presión constante dentro de un
volumen constante |
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R = constante universal del gas (8.314 J/K-mol) |
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T = temperature absoluta (grados Kelvin) |
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M = peso molecular del gas (kg/mol) |
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En teoría, un sistema de Pirómetro
Acústico simplemente requiere una fuente de sonido
(el transmisor) para ser colocado en un lado del horno,
y un receptor o micrófono ubicado en el lado opuesto.
El transmisor emite un pulso de sonido y el receptor lo
detecta. Midiendo el tiempo requerido por la onda de sonido
para viajar desde el transmisor al receptor, y siendo la
distancia conocida y fijada, entonces podemos simplemente
calcular la temperatura media del gas en la trayectoria
recorrida por el pulso acústico.
Este método, sin embargo, es un desafío
en la práctica. Por ejemplo, ha sido determinado
que la gama de frecuencia práctica para un pulso
acústico en el interior de un horno de caldera de
gran capacidad está entre 500 Hz y 2000 Hz. También,
mientras la temperatura del gas involucrado puede extenderse
hasta 3000 grados F, la velocidad acústica puede
estar por encima de 880 metros/segundos, y la longitud
de onda de la señal es aproximadamente 1 metro.
El tiempo de vuelo del pulso de sonido debe ser dispuesto
a una fracción de una longitud de onda para obtener
la resolución práctica de la temperatura
y una certeza aceptable de sistema. Los problemas también
surgen porque la trayectoria acústica por lo general
es distorsionada por severas variables térmicas
y de velocidad así como por cavidades entre bancos
de tubo ubicados en varios puntos a lo largo de una caldera.
La velocidad de sonido es determinada midiendo el
tiempo de vuelo de una onda acústica, luego dividiéndolo
por la distancia que viajó:
c = d/t
(2)
| donde: |
c = velocidad del sonido (metro/segundos) |
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d = distancia del trayecto de la onda sonora
(metros) |
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t = tiempo de vuelo de la onda sonora (segundos) |
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Una vez conocida la velocidad del sonido, la temperatura
puede ser calculada combinando las ecuaciones (1) y (2)
dando como resultado una expresión que relaciona
la temperatura del gas con la distancia y el tiempo de
vuelo:
T = (d/Bt)2 - 273.16
| donde: |
T = temperature del gas en ºC |
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d = distancia (metros) |
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B = constante acústica del gas = sqrt(rR/M)
unidades SI |
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| t = tiempo de vuelo (segundos) |
Para medir la temperatura del gas en un horno la
distancia (d) entre el transmisor acústico y el
receptor es fijada y fácilmente determinada, la
constante acústica (B) es calculada a partir de
un análisis del combustible o de su gas, y el tiempo
de vuelo (t) es medido por el Pirómetro Acústico.
Con esta información, la temperatura media del gas
a través de la trayectoria es calculada.
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