ES2345428B1 - Centrifuga, sistema no intrusivo para deteccion de nivel de dicha centrifuga y procedimiento de control de dicha centrifuga. - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04B—CENTRIFUGES
- B04B13/00—Control arrangements specially designed for centrifuges; Programme control of centrifuges
Landscapes
- Centrifugal Separators (AREA)
Abstract
Centrífuga, sistema no intrusivo para detección
de nivel de dicha centrífuga y procedimiento de control de dicha
centrífuga.
Centrífuga de tipo cesto, caracterizada porque
dispone de una cámara para la captación de imágenes en tiempo real
del interior del cesto y medios para el tratamiento de dichas
imágenes por contraste con el fin de obtener, en escala de grises,
la información y control del proceso de centrifugación, carga sólido
escurrido, líquido sobrenadante, interfase, etc., sin medios
intrusivos, con información trazable para el sistema de control y
sin afectación por el medio interno (gases, vapores, polvo,
etc.).
Description
Centrífuga, sistema no intrusivo para detección
de nivel de dicha centrífuga y procedimiento de control de dicha
centrífuga.
La presente invención hace referencia a una
centrífuga tipo cesto.
Más en particular, la presente invención hace
referencia a una centrífuga tipo cesto filtrante o decantador, tanto
de eje vertical como de eje horizontal, y que presenta un novedoso
sistema para conocer el nivel de llenado además de otros diferentes
parámetros durante el proceso de centrifugación.
Asimismo, la presente invención hace referencia
a un sistema de detección de nivel (así como a otros parámetros) y a
un procedimiento de control de dicha centrífuga.
En las máquinas convencionales para filtración o
decantación centrífugas, el objetivo principal es separar dos
sustancias de una suspensión sólido-líquido.
Actualmente, las citadas centrífugas disponen de equipos de medición
de nivel de llenado y otros parámetros poco fiables. Estas
centrífugas disponen de elementos de control según los casos, entre
los que se citan:
- -
- detectores mecánicos,
- -
- detectores mediante ultrasonidos,
- -
- detectores mediante radar,
- -
- detectores mediante láser, y
- -
- palpadores de tipo térmico.
Los elementos de control actualmente conocidos
no poseen las características adecuadas para efectuar un control
plenamente satisfactorio del proceso de centrifugación. En el caso
de los detectores mecánicos se obtienen señales correctas pero,
además de ser intrusivos, la señal obtenida sólo proporciona
información del nivel del sólido o líquido en el interior del cesto,
dejando de lado el control de otras variables requerido para el
correcto desarrollo del proceso (como el estado de la carga,
descarga del sólido, etc.).
Los detectores de ultrasonidos proporcionan
mayor información acerca del proceso, pero requieren ajustes
constantes dependientes del tipo de atmósfera interna de la
centrífuga (gases, vapores, polvo) y de las condiciones del proceso
(como temperatura, presión, entre otras).
Las mediciones mediante radar podrían ser en
teoría una solución adecuada para evitar la necesidad de
correcciones de los medidores mediante ultrasonidos ya que su
calibración se efectúa exteriormente pero aún así no se consideran
adecuados porque su respuesta no es lo suficientemente rápida como
para suministrar señales válidas para el sistema de control.
Los detectores mediante láser emiten una señal
lumínica polarizada para efectuar la detección del nivel del sólido
o líquido y otros parámetros según se requiera. Este tipo de
medición es difícilmente aplicable en los procesos de las
centrífugas de la presente invención, debido a la dificultad para
controlar la gran cantidad de reflejos producidos por los elementos
internos de la máquina y la velocidad de giro del cesto.
La medición mediante un palpador de tipo térmico
por fricción, no brinda las prestaciones requeridas en cuanto a
precisión se refiere para realizar un control adecuado y ha sido
prácticamente desechado.
Por tanto, la medición de nivel y otros
parámetros de funcionamiento es uno de los problemas que se
presentan al utilizar la centrifugación o la decantación para la
separación de suspensiones. La presente invención pretende dar a
conocer una solución eficaz y fiable, no intrusiva, sin presentar
los inconvenientes de la técnica hasta ahora conocida al problema
planteado.
Por lo tanto, las centrífugas filtrantes y
decantadoras, tanto de eje vertical como de eje horizontal, objeto
de la presente invención obtienen simultáneamente los datos
adecuados para la medición en tiempo real del nivel de sólidos
separados, así como de otros parámetros. Estos datos permiten el
control y la regulación de la centrífuga en intervalos de tiempo o
en continuo, por lo tanto en tiempo real, lo que es difícil en un
sistema de control convencional por las razones antes citadas.
La presente invención comprende una centrífuga,
un procedimiento para el control de una centrífuga y un sistema para
el control de una centrífuga.
La centrífuga objeto de la presente invención
comprende una cámara para la obtención de imágenes dispuesta para
obtener imágenes del interior del cesto y un módulo de tratamiento
de imágenes para el tratamiento de dichas imágenes para la medición
de, al menos, un nivel de una sustancia dentro del cesto de la
centrífuga. Dicha cámara se ubica preferentemente en el exterior de
la envolvente de la centrífuga, para lo cual la centrífuga podrá
comprender una mirilla de separación interior/exterior de la
envolvente de la centrífuga, a través de la cual la cámara toma las
imágenes.
La cámara podrá ser una cámara de adquisición de
imágenes bidimensionales o tridimensionales.
Preferentemente, la cámara adquirirá
instantáneas a una frecuencia determinada, (más preferentemente a
alta frecuencia, para obtener un control en tiempo real) durante el
proceso de operación de la centrifuga.
El nivel determinado podrá ser, el nivel de
llenado de la suspensión, de espumas, salpicaduras, interfase, etc.,
incluso de manera simultánea.
Para determinar los niveles, de manera
especialmente preferente según la presente invención, el módulo de
tratamiento de imágenes presenta un submódulo de medición del cambio
de contraste en una imagen adquirida para la detección de una
interfase.
Mediante la medición del cambio de contraste
también pueden detectarse sin necesidad de intervención humana
espumas y/o salpicaduras.
De manera complementaria, la centrifuga objeto
de la presente invención podrá comprender un dispositivo de control
que modifica automáticamente al menos un parámetro de control de la
centrifuga en función de los datos proporcionados por el módulo de
tratamiento de imágenes. Dicho parámetro de control podrá ser
preferentemente el nivel de llenado. También podrá controlarse la
interfase sólido-liquido de llenado de la
centrífuga.
Para un mejor aprovechamiento de las ventajas de
la invención, la centrífuga objeto de la presente invención podrá
comprender un extractor centrípeto para extracción de la fase
líquida de la mezcla y/o un sistema de eliminación de espumas y
salpicaduras y/o un sistema automático de limpieza interna.
El procedimiento según la presente invención
comprende las fases de:
- a)
- medición de al menos un nivel de una sustancia en el interior del cesto;
- b)
- emisión de una señal de control de al menos una variable de funcionamiento de la centrífuga en función de la medición efectuada,
en el que la citada fase de medición de al menos
un nivel comprende las subfases de:
- -
- adquisición de imágenes del interior del cesto, y
- -
- tratamiento de dicha imagen mediante un módulo de tratamiento de imágenes.
Preferentemente, dicha toma de imágenes es una
toma de imágenes instantáneas tomadas a una frecuencia
determinada.
Como ya se ha indicado, preferentemente, dicha
medición de niveles de las fases se realiza a partir del análisis
del contraste de las imágenes adquiridas.
Más preferentemente, dicha medición de los
cambios de contraste se realiza sobre una imagen en escala de
grises.
La presente invención también comprende un
sistema para el control de una centrífuga de tipo cesto. Dicho
sistema comprende un PLC, una interfaz de usuario caracterizado
porque comprende una cámara y un módulo para tratamiento de
imágenes, y porque dicho PLC recibe información de las imágenes
capturadas por la cámara y tratadas mediante el módulo para
tratamiento de imágenes para definir los parámetros de las variables
de control del proceso de centrifugación. El sistema objeto de la
presente invención se dispone con la centrífuga objeto de la
presente invención o como una centrífuga existente a la que se le
hacen las adaptaciones necesarias.
Dichas variables pueden ser el nivel de llenado
de la centrífuga, la velocidad de rotación de la centrífuga y/o el
caudal de entrada a la centrífuga, tanto en configuración, forma y
cantidad, entre otros.
Preferentemente, el sistema comprende además, un
módulo de control de un extractor centrípeto para extracción de la
centrífuga de una fase líquida sobrenadante.
Más preferentemente, el sistema comprende además
un módulo de control para la eliminación de espumas y
salpicaduras.
Aún más preferentemente, el sistema comprende un
módulo de control para la limpieza interna al finalizar la
separación.
Otras realizaciones preferentes del sistema
coinciden con realizaciones preferentes de la centrífuga y/o del
procedimiento objetos de la presente invención, y viceversa.
La cámara para adquisición de imágenes del
interior del cesto y el módulo de tratamiento de dichas imágenes
permiten obtener información sobre el estado del proceso de
centrifugación con una trazabilidad del 100% en cada lote o
"batch".
Entre las ventajas que presenta la presente
invención figura que, ni en la operación de medición, ni en la de
configuración se tiene contacto con el producto, lo que hace que el
equipo sea de tipo no-intrusivo evitando las
posibles alteraciones del producto. Además, su calibración o ajuste
no involucra medios mecánicos internos ni partes móviles en la
centrífuga.
Otra de las ventajas de la presente invención es
que las mediciones no se ven afectadas por las condiciones internas
de la centrífuga como la temperatura o la presencia de disolventes,
vapores, gases, humedad, polvo o niebla. Sin embargo, cualquier otro
tipo de detectores distintos al de la presente invención, deben
disponer de dispositivos que corrijan las perturbaciones del medio
lo que disminuye la fiabilidad de la centrifuga.
Por lo tanto, las centrífugas filtrantes y
decantadoras, tanto de eje vertical como de eje horizontal objeto de
la presente invención obtienen simultáneamente los datos adecuados
para la medición en tiempo real del nivel de sólidos separados, así
como de otros parámetros. Estos datos permiten el control y la
regulación de la centrífuga en intervalos de tiempo o en continuo,
por lo tanto en tiempo real, lo que es difícil en un sistema de
control convencional por las razones antes citadas.
Es decir, el sistema de visión artificial en la
centrifuga según la presente invención, permite controlar en todo
momento el 100% del proceso de centrifugación de lotes
("batchs"), porque presenta una total trazabilidad del
mismo.
Mediante el sistema de visión artificial de la
presente invención es posible determinar de manera instantánea y en
continuo o en intervalos de tiempo convenientes, el nivel de cada
una de las fases en presencia, nivel del sólido, salpicaduras, nivel
de líquido sobrenadante, y otros parámetros internos de la
centrífuga, así como el comportamiento de la descarga del sólido,
que no podrían ser detectados con precisión y trazabilidad usando
los medidores mencionados anteriormente.
Como ventaja adicional, la presente invención
permite determinar la situación y configuración del sólido retenido,
determinar la configuración y situación del líquido sobrenadante
para centrífugas filtrantes con productos de permeabilidad reducida
o centrífugas decantadoras, detectar, determinar y/o estudiar la
forma del flujo o chorro de alimentación a la centrífuga, analizar
las fases de lavado, determinar el estado de la extracción del
sólido, detección de espumas y salpicaduras, el estado de la tela
filtrante a máquina vacía, controlar el nivel de llenado de la
centrífuga, etc.
Por tanto, la centrífuga objeto de la presente
invención permite un control preciso del ciclo de centrifugación ya
que se pueden obtener datos de variables del proceso que influyen en
las acciones de control que se deben tomar para cada momento. La
presente invención no se limita a determinar mediante imágenes los
datos anteriormente descritos, sino que permite incluirlos en el
lazo de control y determinar acciones a realizar en el proceso en
función de las variables medidas a través de señales recibidas del
sistema de visión artificial.
Como instrumento para interfaz entre hombre y
máquina se puede disponer de una pantalla que informa al usuario
sobre el estado del proceso de centrifugación en cada momento, a
partir de las imágenes anteriormente obtenidas y siempre con la
trazabilidad correspondiente.
Además, la presente invención, facilita la
utilización de un PLC para efectuar la activación de elementos
externos (por ejemplo, extractores centrípetos, eliminadores de
espuma y salpicaduras, análisis del flujo de alimentación,
etc.).
Las señales y contrastes obtenidos del interior
de la centrífuga, por la cámara, requieren un tratamiento adecuado
para otros parámetros de interés. Por esto la presente invención
comprende un módulo de tratamiento de imágenes para este
cometido.
La detección de fase e interfase a partir del
contraste de las imágenes puede realizarse según técnicas de cálculo
derivativo según dicho.
Para una mejor comprensión de la invención, se
adjuntan a título explicativo pero no limitativo, unos dibujos de
una realización de la presente invención.
La figura 1 muestra una centrífuga con una
cámara adaptada según la presente invención.
La figura 2 muestra una vista ampliada de una
centrífuga según la presente invención
La figura 3 muestra la interconexión periférica
de instrumentos para la monitorización y control del proceso.
La figura 4 muestra un detalle de la separación
de sustancias.
La figura 1 muestra una centrífuga (1) con
aplicación de la presente invención cuya medición de nivel de carga
se realiza mediante la utilización de un sistema adaptado de visión
artificial.
Los elementos incluidos en la centrífuga (1) del
ejemplo son:
- -
- una cámara (2) de captación de imágenes a muy alta frecuencia;
- -
- una mirilla (3) especial de separación exterior/interior del cesto;
- -
- un proyector de luz artificial de iluminación de escena (que en el ejemplo mostrado queda incorporado a la cámara -2-, si bien podría ser diferente);
- -
- un controlador de la intensidad lumínica y contraste de imágenes (en este caso igualmente incorporado en la cámara -2-);
- -
- un sistema de control que comprende, entre otros:
- -
- una pantalla táctil (20) para el control de la centrífuga por este método;
- -
- un PLC (24); complementado con
- -
- un software para acondicionamiento de imágenes y análisis exhaustivo de los parámetros a controlar y que hace que se ejecute el procedimiento objeto de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Para ello, la cámara (2) toma imágenes a una muy
elevada frecuencia de los fenómenos interiores del proceso de
centrifugación a través de una mirilla (3). El sólido (5) se ubica
hacia las paredes del cesto de la centrífuga (1) y el líquido (4) se
escurre y/o sobrenada en el interior del mismo.
La cámara (2) es la encargada de obtener, desde
el exterior de la envolvente de la centrífuga, imágenes del interior
del cesto con el fin de detectar, además de las señales que indican
el nivel de cada una de las fases (4), (5), la situación y
configuración del sólido retenido (5), la configuración y situación
del líquido sobrenadante (4), analizar el flujo de alimentación de
la centrífuga, analizar las fases de lavado del sólido (5),
determinar el estado de la extracción del líquido (4) en las
decantadoras, determinar la necesidad de eliminación de espumas y
salpicaduras, el estado de la tela filtrante a máquina vacía,
etc.
Para poder efectuar el control de las diferentes
etapas de centrifugación, en este caso particular, se cuenta con un
módulo (6) de comunicaciones para suministrar los datos de la
instrumentación al sistema de control pudiendo también dicho módulo
de comunicaciones recibir nuevos parámetros de las variables de
configuración de la centrífuga y cambiarlos para adecuarse
automáticamente a los requerimientos del proceso (incluso la
limpieza interna por proceso
"cleaning-in-place" CIP o
mediante vapor
"steaming-in-place" SIP, con la
singularidad que requieren estas operaciones).
Los cambios de contraste de las imágenes
determinan la presencia de cambios en el campo de visión que se
enfoca. Estas imágenes presentan cambios de contraste en escala de
grises preferentemente.
El sistema de control de la centrífuga (1) del
ejemplo incorpora el tratamiento de las imágenes captadas por la
cámara (2) con el fin de analizar los cambios de contraste que
indican las variaciones en el producto depositado y demás parámetros
mediante el cálculo derivativo de este contraste respecto el fondo
del cesto.
A partir de estos cálculos, se toman las
distancias que determinan los porcentajes de sólido y de líquido y
se define si la separación es la adecuada, efectuando una medición
de la fase intermedia o interfase.
La figura 3 muestra unos de los elementos de
control y monitorización utilizados para complementar la
instrumentación realizada por la cámara (2) en la centrífuga (1).
Como elemento central para interfaz hombre máquina (HMI) se dispone
de una pantalla táctil (20) que recibe mediante cable de
comunicaciones del módulo de comunicaciones (6) ubicado en la
centrífuga (1). Dicho módulo puede enviar información de
monitorización e imágenes del estado actual a un monitor (21) para
visualización en un lugar remoto, de la información del proceso.
También se envía a un ordenador (21) para llevar un registro
histórico (trazabilidad) del batch, monitorización de estado del
proceso de centrifugación, etc. Además, se tiene una entrada USB
para la conexión de otros periféricos (23), como mouse, dispositivos
de almacenamiento, teclado, entre otros. Adicionalmente, dicha
pantalla (20) se comunica con un PLC (24) que es el encargado de
definir las acciones a realizar en la centrífuga (1) (o nuevas
configuraciones) así como en todos sus elementos complementarios que
pueden introducir variaciones en el ciclo de centrifugación (por
ejemplo, accionamiento de un extractor centrípeto de eliminación de
líquido sobrenadante, rascado más o menos rápido para el vaciado del
sólido, etc.). Dicho PLC puede además cambiar la velocidad de giro
de la centrífuga, determinar el caudal de entrada de una nueva
suspensión a la misma, fijar recetas, etc.
\newpage
La figura 4 muestra el detalle de lo que la
cámara (2) tomaría como imagen. La cámara podría ver un líquido
sobrenadante (4), el sólido (5) y la interfase entre líquido y
sólido, etc.
Si bien la invención se ha descrito con respecto
a ejemplos de realizaciones preferentes, éstos no se deben
considerar limitativos de la invención, aplicable también a otros
equipos, que se definirá por las siguientes reivindicaciones.
Claims (32)
1. Centrífuga de tipo cesto,
caracterizada porque comprende una cámara para la obtención
de imágenes dispuesta para obtener imágenes del interior del cesto y
un módulo de tratamiento de imágenes para el tratamiento de dichas
imágenes para la medición de, al menos, un nivel de una sustancia
dentro del cesto de la centrífuga.
2. Centrífuga, según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha cámara se ubica en el exterior de
la envolvente de la centrífuga.
3. Centrífuga, según la reivindicación 2,
caracterizada porque comprende una mirilla de separación
interior/exte-
rior de la envolvente de la centrífuga, a través de la cual la cámara toma las imágenes.
rior de la envolvente de la centrífuga, a través de la cual la cámara toma las imágenes.
4. Centrífuga, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la cámara es una
cámara de adquisición de imágenes bidimensionales.
5. Centrífuga, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la cámara es una
cámara de adquisición de imágenes tridimensionales.
6. Centrífuga, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la cámara
adquiere imágenes instantáneas a una frecuencia determinada.
7. Centrífuga, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el módulo de
tratamiento de imágenes presenta un submódulo de medición del cambio
de contraste en una imagen adquirida para la detección de una
interfase.
8. Centrífuga, según la reivindicación 7,
caracterizada porque mediante la medición del cambio de
contraste el módulo de tratamiento de imagen detecta espumas y/o
salpicaduras.
9. Centrífuga, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque comprende un
dispositivo de control que modifica automáticamente al menos un
parámetro de control de la centrífuga en función de los datos
proporcionados por el módulo de tratamiento de imágenes.
10. Centrífuga, según la reivindicación 9,
caracterizada porque dicho parámetro de control es el nivel
de llenado.
11. Centrífuga, según la reivindicación 10,
caracterizada porque el dispositivo de control controla la
interfase sólido-líquido en la centrífuga.
12. Centrífuga, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende
además un extractor centrípeto para extracción de la fase líquida de
la mezcla.
13. Centrífuga, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende
un sistema automático de limpieza interna.
14. Procedimiento para el control de una
centrífuga tipo cesto, que comprende las fases de:
- a)
- medición de al menos un nivel de una sustancia en el interior del cesto;
- b)
- emisión de una señal de control de al menos una variable de funcionamiento de la centrífuga en función de la medición efectuada caracterizado porque
la citada fase de medición de al menos un nivel
comprende las subfases de:
- -
- adquisición de imágenes del interior del cesto, y
- -
- tratamiento de dicha imagen mediante un módulo de tratamiento de imágenes.
\vskip1.000000\baselineskip
15. Procedimiento, según la reivindicación 14,
caracterizado porque dicha toma de imágenes es una toma de
imágenes instantáneas tomadas a una frecuencia determinada.
16. Procedimiento, según la reivindicación 14 ó
15, caracterizado porque dicha medición de niveles de las
fases se realiza a partir del análisis del contraste de las imágenes
adquiridas.
17. Procedimiento, según la reivindicación 16,
caracterizado porque dicha medición de los cambios de
contraste se realiza sobre una imagen en escala de grises.
\newpage
18. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque dichas
imágenes son bidimensionales.
19. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 18, caracterizado porque dichas
imágenes son tridimensionales.
20. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque mediante la
medición del cambio de contraste el módulo de tratamiento de imagen
detecta la forma del flujo de llenado, espumas y/o salpicaduras.
21. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 20, caracterizado porque se controla el
nivel de llenado de la centrífuga.
22. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 21, caracterizado porque se controla la
forma del caudal del chorro de llenado de la centrífuga.
23. Sistema para el control de una centrífuga de
tipo cesto que comprende un PLC, una interfaz de usuario
caracterizado porque comprende una cámara y un módulo para
tratamiento de imágenes, y porque dicho PLC recibe información de
las imágenes capturadas por la cámara y tratadas mediante el módulo
para tratamiento de imágenes para definir los parámetros de las
variables de control del proceso de centrifugación.
24. Sistema, según la reivindicación 23,
caracterizado porque dichas variables comprenden el nivel de
llenado de la centrífuga.
25. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 23 o 24, caracterizado porque dichos
parámetros comprenden la configuración del caudal de llenado de la
centrífuga.
26. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 23 a 25, caracterizado porque dichas
imágenes tratadas mediante dicho módulo son imágenes en escala de
grises.
27. Sistema, según la reivindicación 26,
caracterizado porque a partir de dichas imágenes en escala de
grises se realiza un análisis de contraste que determina la
presencia de interfases entre diferentes sustancias.
28. Sistema, según la reivindicación 27,
caracterizado porque como resultado de dicho análisis se
transmite al PLC una señal con acciones de control.
29. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 23 a 28, caracterizado porque dichas
imágenes tratadas son imágenes tridimensionales.
30. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 23 a 29, caracterizado porque comprende
además un módulo de control de un extractor centrípeto para
extracción de la centrífuga de una fase líquida sobrenadante.
31. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 23 a 30, caracterizado porque comprende
además un módulo de control para la detección de espumas y
salpicaduras.
32. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 23 a 31, caracterizado porque comprende un
módulo de control para la limpieza interna al finalizar la
separación.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| ES201030534A ES2345428B1 (es) | 2010-04-13 | 2010-04-13 | Centrifuga, sistema no intrusivo para deteccion de nivel de dicha centrifuga y procedimiento de control de dicha centrifuga. |
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