Por Yutaka Hayakawa, Yokogawa |
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Figura 1. Ejemplo con sistema de control de producciónEn los últimos años, las necesidades se han diversificado en lo que respecta a sitios seguros (detección de fuego y pérdidas) y diagnóstico de instalaciones. Respecto de monitoreo de temperatura, sin embargo, es difícil satisfacer estas necesidades con los sensores de temperatura por punto existentes tales como las termocuplas y las termorresistencias. El sensor distribuido de temperatura (DTS, por sus siglas en inglés) con fibra óptica de Yokogawa puede monitorear de forma simultánea, continua y confiable todas las temperaturas en el largo de los cables de fibra óptica instalados en un área. Esta nota presenta las ventajas de una solución de monitoreo de la temperatura a través del sistema DTS, con ejemplos de aplicación y consejos para la instalación. IntroducciónAún no se ha puesto en práctica una solución de monitoreo de temperatura para seguridad de un lugar que incluya detección de incendios y pérdidas tanto como diagnóstico de instalaciones, porque es difícil para los sensores de temperatura convencionales identificar la locación de una temperatura inusual. Características del DTSX200 Figura 2. Ejemplo de una pantalla HIS que monitorea la temperatura de superficie de un horno | Figura 3. Un ejemplo de sistema de detección del fuego en una cinta transportadoraLas principales características de la solución de monitoreo de temperatura por sensado distribuido de temperatura con fibra óptica (DTS) se describen a continuación:
Monitoreo de temperatura de amplio rango y alta velocidadEl DTS puede medir de forma rápida y continua la distribución de temperatura en un amplio rango y a larga distancia, antes que por un solo punto de temperatura. Puede medir una temperatura promedio en un punto en cada metro del largo del cable sensor de fibra óptica, lo que permite un monitoreo en donde no existen puntos sin medir. Instalación simple y flexible del cable de fibra ópticaLa medición multipunto utilizando sensores de temperatura por punto convencionales requiere tanta cantidad de cables como de puntos a medir, lo que convierte a la configuración e instalación en tareas complicadas. Al contrario, dado que el DTS requiere un solo cable, instalado a lo largo o en el contorno del objeto a medir, la configuración del sistema se convierte en algo sencillo. Los objetos pasibles de medición de temperatura son diversos, van desde temperaturas muy bajas, como el gas natural licuado (GNL), hasta las elevadas temperaturas de un horno. Las fibras ópticas usadas generalmente en comunicación no pueden adaptarse a ambientes con temperaturas tan extremas, por lo que se deben utilizar materiales especiales en los recubrimientos, que dependerán de cuán alta o baja sea la temperatura en una aplicación específica. Además, dado que las fibras ópticas son frágiles y se rompen fácilmente, se almacenan en tubos de protección para evitar la desconexión. De esta forma, se seleccionan para cada caso varios tipos de cable de fibra óptica, según el rango de temperatura a medir y el ambiente en el que prestarán servicio. Coordinación con sistemas de control de producción Tabla. Items de evaluaciónEn las soluciones de monitoreo de temperatura por seguridad, incluyendo detección de incendios o fugas, y en aquellas para diagnóstico de utilidades, los requisitos del cliente hacen hincapié en que las funciones de gestión y monitoreo estén integradas dentro de los sistemas de control de producción. Resistencia al ambienteNo existe una fuente de energía, excepto aquella para la luz de los cables de fibra óptica, que asegure una medición estable, incluso en un campo electromagnético fuerte, que no esté afectada por el ruido electromagnético inducido. Estos cables tampoco tienen riesgo de ignición, lo que les permite brindar servicio en ambientes hostiles. No es necesario agregar nada para que operen en áreas a prueba de explosión. Ejemplos de aplicaciónSistemas de detección de fuego para carros transportadores de carbón o viruta Figura 4. Ejemplo de detección de fuga en un tanque GNL | Figura 5. Ejemplo de instalación de cable sensor de fibra óptica en una tubería de GNLA veces el fuego irrumpe en una planta, por ejemplo, en los transportadores de carbón en las plantas de acero o de energía y en los de viruta en las papeleras. La figura 3 muestra un ejemplo de un sistema de detección de fuego. Los cables sensores de fibra óptica están instalados cerca de las cintas transportadoras para monitorear la temperatura de forma confiable a lo largo de todo el paso de los transportadores. Este sistema permite una detección temprana de sobrecalentamientos anormales o chispazos espontáneos, y así, colabora para que se tomen mediciones desde un comienzo. Los DTS se utilizan ampliamente en este tipo de aplicaciones. Sistema de detección de temperatura anormal para racks de cables y similares Figura 6. Ejemplo de instalación de un cable de fibra óptica en una tubería de amoníacoSi los cables de señal para control de generación en las plantas de energía están desconectados por un incendio, la generación de energía puede salirse de control. Por lo tanto, es crucial detectar un incremento inusual de la temperatura y tomar medidas lo más temprano posible. Especialmente en las plantas nucleares, es imperioso que los métodos de detección del incendios sean redundantes; así, se requiere un nuevo método de detección de incendios diferente a la convencional alarma. Sistema de detección de fugas para tanques y tuberías GNLUn tanque de GNL consiste en un contenedor interno que alberga el GNL y otro externo que lo protege. Si el GNL se fuga, cae a una temperatura ultrabaja hasta el fondo del espacio que hay entre ambos contenedores. De acuerdo a esto, si un cable sensor de fibra óptica está instalado de forma circular alrededor del fondo del contenedor interno, puede detectar una caída abrupta de la temperatura y su locación en caso de que ocurra una fuga inesperada. La figura 4 muestra una aplicación de detección de fugas para un tanque GNL. Dado que el cable sensor de fibra óptica es flexible, es fácil instalarlo de forma curva tal como se muestra. Sistemas de detección de fugas para tuberías de amoníaco líquido Figura 7. Ejemplo de monitoreo de temperatura en la superficie de un horno | Figura 8. Ejemplo de monitoreo de la temperatura sobre la superficie de un horno enfriado con aguaEn este ejemplo de aplicación, se necesitaba instalar las tuberías bajo tierra, por lo que las cañerías y los cables sensores de fibra óptica estaban, literalmente, enterrados bajo tierra y se llevaban a cabo las verificaciones a la vez que se dejaba intencionalmente que el amoníaco se fugara. La figura 6 muestra la locación de los cables de fibra óptica. Los envolventes de la tubería estaban cubiertos con envolturas de fibras sintéticas o similares, y los cables de fibra óptica estaban situados en posiciones adecuadas de modo que la caída de temperatura generada por la fuga de amoníaco efectivamente alcanzaba al cable. Se pudo probar que la fuga se podía detectar sin fallas. Sistema de monitoreo de la temperatura de superficie del horno para detectar el desgaste de los ladrillos refractariosEn este ejemplo de aplicación, los cables sensores de fibra óptica se colocan sobre la superficie de un horno de forma serpenteante como se muestra en la figura 7. De esta forma, se monitorea la distribución de la temperatura y se detectan los puntos calientes existentes sobre la superficie del horno, lo que permite un juicio óptimo del tiempo de reemplazo de los ladrillos refractarios, reduciendo así los costos de mantenimiento. ConclusiónHasta aquí, esta nota ha descrito cómo el DTS fue adoptado inicialmente para satisfacer las necesidades de monitoreo de la temperatura en varios contextos tales como diagnóstico de bienes y seguridad en un sitio, y luego, cómo su uso se expande rápidamente. |
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