ES2695247A1 - Sistema y metodo de monitorizacion del estado de un fluido - Google Patents
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Abstract
Sistema y método de monitorización del estado de un fluido. Un sistema de monitorización (3, 13) para la inspección de un fluido (2, 71, 72) contenido en un depósito (1) mediante su inserción en una toma (5) del depósito (1), que comprende: una zona de medida (20, 120) configurada para que circule por ella una muestra de dicho fluido (2, 71, 72); unos medios de emisión/recepción de luz (41) que consisten en un sistema de iluminación (411) y un sistema detector de luz (412) situados en un mismo lado del sistema de monitorización (3, 13) con respecto a dicha zona de medida (20, 120); una ventana óptica (44) dispuesta entre dichos medios de emisión/recepción de luz (41) y dicha zona de medida (20, 120); y un elemento óptico trasero (45, 451, 452, 453) situado al otro lado del sistema de monitorización (3, 13) con respecto a dicha zona de medida (20, 120). El sistema de iluminación (411) está configurado para emitir radiación óptica hacia dicha zona de medida (20, 120), y el sistema detector de luz (412) está configurado para detectar una radiación óptica que comprende la luz (i) reflejada por dicho fluido (2, 71, 72) y/o la luz (ii) transmitida a través de dicho fluido (2, 71, 72) y reflejada en dicho elemento óptico trasero (45, 451, 452, 453). El sistema de monitorización (3, 13) comprende además un subsistema electrónico (150) que comprende medios de procesado (51) configurados para controlar la activación/desactivación del sistema de iluminación (411) y para procesar las señales obtenidas procedentes del sistema detector de luz (412).
Description
DESCRIPCION
SISTEMA Y METODO DE MONITORIZACION DEL ESTADO DE UN FLUIDO
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invention pertenece al campo de los metodos y sistemas de monitorizacion de fluidos, tales como aceites, y en particular aceites lubricantes, para determinar su estado general (degradation, contenido de partlculas, etc.). Mas concretamente, la invencion pertenece al campo de la medicion del estado de fluidos, tales como aceites, por colorimetrla o espectroscopia optica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
La maquinaria industrial utiliza a menudo fluidos lubricantes para el correcto funcionamiento de los componentes de la maquina en cuestion. Ejemplos de estos fluidos incluyen lubricantes y aceites que pueden estar basados en hidrocarburos, productos sinteticos y/o basados en petroleo, asl como fluidos hidraulicos. Estos fluidos deben mantenerse dentro de un intervalo preferido de composition y limpieza para un rendimiento eficiente de la maquina. Por ejemplo, la adicion no deseada de agua o residuos puede hacer que la maquina pierda eficiencia o sufra danos. Es decir, la maquinaria industrial sufre a menudo fallos o interrupciones imprevistas ocasionados por problemas asociados a la lubrication. Estos fallos o interrupciones pueden reducir la vida de servicio de la maquinaria, asl como costos innecesarios de mantenimiento. Es por tanto necesario supervisar el fluido (normalmente, aceite) utilizado para la lubricacion y determinar el estado de dicho fluido.
Una forma convencional de supervision del estado del aceite lubricante es mediante medicion "off-line”, es decir, mediante analisis de muestras de aceite en laboratorio. Sin embargo, las tecnicas "off-line” no proporcionan una detection suficientemente temprana del proceso de degradacion debido a que no se realizan con suficiente frecuencia debido a su vez al esfuerzo humano y material que la toma y analisis de estas muestras requiere. Por ejemplo, es frecuente que al tomar la muestra el lubricante se mezcle con sedimento, complicando el control del aceite. Tambien puede ocurrir que el muestreo requiera que la maquina se detenga o incluso se vacle de lubricante, causando una perdida de produccion de la maquina.
Para superar los inconvenientes inherentes a las tecnicas de analisis "off-line”, se han desarrollado tecnicas "on-line” para analizar el estado del fluido en cuestion durante su propio funcionamiento, en movimiento, sin necesidad de extraer muestras del mismo para su analisis posterior y sin perdida temporal de production. Por ejemplo, la patente espanola ES2455465B1 describe un sistema para la inspection de la degradation de un fluido lubricante "on-line” en una celda de medida mediante un sensor optico. Para la inspeccion "on-line”, el sistema necesita elementos externos de control de flujo para detener el fluido, desairear la celda de medida y asegurar que la muestra de fluido no presenta burbujas. Ademas, este sistema requiere una diferencia de presion entre la entrada y la salida del sensor, lo que limita su uso a configuraciones e instalaciones en bypass.
En otro ejemplo, la solicitud de patente internacional WO2012032197A1 describe un sistema para conocer la degradacion de un aceite a partir de un analisis de sus caracterlsticas de absorcion espectral. Este sistema tambien requiere ser instalado en bypass en un sistema de lubrication, inmerso en el fluido bajo inspeccion.
Sin embargo, existen escenarios en los que no es posible realizar una monitorizacion en modo bypass. Tal es el caso, por ejemplo, de entornos con poco espacio de medida, tales como sistemas de retro-fitting, no disenados para ser instrumentados con sensores. O entornos en los que, como mucho, existe un unico punto de toma de muestra. Ejemplos de este tipo son algunos sistemas mecatronicos lubricados, tales como robots y gruas. Muchos de estos sistemas requieren la monitorizacion de miles de puntos de interes en una planta. Por ejemplo, en una planta de produccion de automoviles, cada uno de los muchos robots tiene dos o tres sistemas hidraulicos a monitorizar. O, en una planta de montaje de automocion, cada articulation de cada robot (de los que puede haber miles) incorpora un sistema de engranajes que a su vez incorpora su propio microsistema de lubricacion (de un litro de aceite aproximadamente). Para monitorizar un sistema de tal magnitud, es deseable poder utilizar sistemas de bajo coste que proporcionen recogida automatica de datos de interes. En suma, en ocasiones es deseable poder realizar el analisis de un fluido en una toma simple, es decir, que no requieran una diferencia de presion.
Por otra parte, un sistema convencional de monitorizacion del grado de degradacion de un fluido (por ejemplo, un aceite lubricante) se basa en iluminar el fluido con una fuente de luz y observar la luz que se transmite a traves de el. Segun el estado del fluido (tlpicamente mas oscuro cuanto mas degradado el fluido), la luz transmitida varla.
Utilizando diversas tecnicas e implementaciones (luz visible o no visible, analisis espectral o de intensidad, etc.) se puede conseguir information mas o menos detallada del estado del fluido. Sin embargo, al trabajar en transmision, cuando el fluido es o se vuelve muy oscuro, la luz trasmitida es tan escasa que no es posible realizar la medida adecuadamente. Este es el caso de los fluidos lubricantes, que experimentan debido a su uso como lubricantes un cambio sustancial en su color. Por ello, se ha observado que, si bien los dispositivos on-line de monitorizacion de aceites basados en el principio de transmitancia (es decir, que trabajan en modo transmision), son efectivos cuando el aceite bajo supervision es muy translucido (es decir, normalmente al principio de su uso, cuando el aceite esta relativamente limpio), estos dispositivos de monitorizacion pierden efectividad a medida que el aceite se vuelve opaco por su uso continuado. Un ejemplo de estos sistemas que trabajan en transmitancia es el de la citada patente ES2455465B1. Serla posible realizar las mismas medidas analizando la luz reflejada de manera difusa en lugar de analizar la luz transmitida por el fluido. Sin embargo, en este caso, en lugar de tener el problema con fluidos oscuros, el problema surge con fluidos claros o traslucidos, que no reflejan, de manera difusa, sufciente luz como para tener una medida adecuada.
La solicitud de patente internacional WO2016/080824A1 propone un sistema para monitorizar la dinamica del color de un fluido, formado por una sonda sumergible en el fluido bajo analisis. La sonda esta acoplada a una videocamara para capturar imagenes de la muestra de fluido. El sistema utiliza dos fuentes de luz: una fuente de luz en el plano de la videocamara (sistema de iluminacion frontal) para trabajar en modo de reflexion difusa para la supervision de muestras opacas; y una fuente de luz enfrentada a la videocamara (sistema de iluminacion a contraluz) para trabajar en modo de transmision para la supervision de muestras transparentes o traslucidas. Este sistema es complejo, por requerir dos emisores de luz, ademas de fragil, por incorporar una de las fuentes de luz en la parte del dispositivo mas expuesta a la presion del fluido bajo analisis. Ademas, el sistema esta disenado para introducirse en el recipiente que alberga el fluido de forma perpendicular al mismo, y por tanto perpendicular a la evacuacion de aire por desaireacion, por lo que se dificulta dicha evacuation y por tanto se dificulta el movimiento de fluido en la zona de inspection, impidiendose asl la renovation de las muestras bajo analisis.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invention proporciona un sistema para la monitorizacion de un fluido en una toma simple, es decir, sin requerir una diferencia de presion entre dos puntos de acceso al fluido bajo analisis, que resuelve los inconvenientes de propuestas anteriores. El sistema de la invencion facilita el analisis de un fluido en tanque de forma muy compacta y de bajo coste. Con respecto a los sistemas que realizan medidas en transmitancia (propuesta por ejemplo de la patente ES2455465B1), el sistema de la presente divulgation supone una evolution a un sistema de reflexion/transmision, facilitando la medida tanto en fluidos opacos como en fluidos traslucidos o transparentes, pero minimizando la implementation de elementos opticos activos, concretamente de emisores de luz, tanto en numero como en disposition. Esto permite monitorizar con mayor resolution -y a la vez con sencillez de diseno- tanto fluidos que desde su estado limpio inicial son opacos (es decir, cuya absorbancia en dicha longitud de onda es mayor de 1,0, como mayor de 2,0 o mayor de 3,0), como fluidos que en su vida util pasan de ser traslucidos (es decir, cuya absorbancia en una cierta longitud de onda es menor de 1,0, tal como menor de 0,5, o menor de 0,2 o menor de 0,1) a opaco (es decir, cuya absorbancia en dicha longitud de onda es mayor de 1,0, como mayor de 2,0 o mayor de 3,0). Se ofrece asl una solution compacta, simple y autonoma para la monitorizacion de fluidos sin necesidad de extraer muestras del mismo de su entorno de operation.
El sistema propuesto presenta ademas una configurabilidad que permite adaptarse a distintas tipologlas y/o estado de degradation del fluido bajo supervision, seleccionando una u otra implementacion para su tapa trasera (plano trasero).
En el contexto de la presente divulgacion, se entiende por fluidos opacos aquellos que presentan una absorbancia en una determinada banda espectral mayor de 1,0. A partir de una absorbancia en la banda espectral de trabajo mayor de 3,0 un fluido se considera muy opaco. Asimismo, se entiende por fluidos traslucidos aquellos que presentan una absorbancia en una determinada banda espectral menor de 1,0, y muy traslucidos si su absorbancia es menor de 0,1. En general, la luz no penetra en los fluidos opacos, sino que se absorbe en una profundidad cercana a la superficie y la parte que no es absorbida puede salir otra vez de la muestra en forma de reflexion difusa debido al scattering (dispersion) producido por las reflexiones internas en el fluido en las moleculas que lo forman o partlculas que pueda haber. La figura 8 ilustra estos fenomenos. Este efecto tiene mas posibilidades de existir en fluidos opacos que en traslucidos, pero depende fuertemente de la absorbancia y de la composition molecular y de las partlculas presentes en el mismo. Independientemente del scattering, en terminos generales, a mayor absorbancia, menor es la cantidad de luz que atraviesa el fluido propagandose a
traves del mismo. En el caso de los fluidos traslucidos, en general, la luz atraviesa (se transmite) a traves del mismo.
En un primer aspecto de la invention, se proporciona un sistema de monitorizacion para la inspection de un fluido contenido en un deposito mediante la insertion de dicho sistema de monitorizacion en una toma de dicho deposito, que comprende: una zona de medida configurada para que circule por ella una muestra de dicho fluido. El sistema de monitorizacion comprende ademas: unos medios de emision/recepcion de luz que consisten en un sistema de iluminacion y un sistema detector de luz situados en un mismo lado del sistema de monitorizacion con respecto a dicha zona de medida; una ventana optica dispuesta entre dichos medios de emision/recepcion de luz y dicha zona de medida; y un elemento optico trasero situado al otro lado del sistema de monitorizacion con respecto a dicha zona de medida. El sistema de iluminacion esta configurado para emitir radiation optica hacia dicha zona de medida. El sistema detector de luz esta configurado para detectar una radiacion optica que comprende la luz reflejada por dicho fluido que circula por dicha zona de medida y/o la luz transmitida a traves de dicho fluido y reflejada en dicho elemento optico trasero. El sistema de monitorizacion comprende ademas un subsistema electronico que comprende medios de procesado configurados para controlar la activacion/desactivacion del sistema de iluminacion y para procesar las senales obtenidas procedentes del sistema detector de luz.
En realizaciones de la invencion, el elemento optico trasero se implementa mediante un elemento absorbente desde el punto de vista optico, estando dicho elemento optico trasero configurado para impedir la reflexion de la luz transmitida a traves de dicho fluido.
En realizaciones de la invencion, el elemento optico trasero se implementa mediante un elemento reflexivo desde el punto de vista optico, estando dicho elemento optico trasero configurado para favorecer la reflexion de la luz transmitida a traves de dicho fluido. Este elemento reflexivo desde el punto de vista optico puede ser un elemento reflexivo plano. Alternativamente, el elemento reflexivo desde el punto de vista optico puede ser un elemento reflexivo concavo, con el objeto de concentrar los rayos reflejados.
En realizaciones de la invencion, el elemento optico trasero es intercambiable, de forma que en funcion de la absorbancia del fluido bajo inspeccion, se elige un elemento optico trasero absorbente o reflexivo.
En realizaciones de la invencion, el sistema de monitorizacion comprende ademas al menos un fotodiodo de control configurado para medir la intensidad emitida por el sistema de iluminacion.
En realizaciones de la invention, el sistema de monitorizacion esta comprendido en una carcasa, en la que dichos medios de emision/recepcion de luz estan situados en una portion de dicha carcasa y dicho elemento optico trasero esta situado en otra portion de dicha carcasa, donde dichas porciones de carcasa definen dicha zona de medida, delimitando dicho elemento optico trasero y dicha ventana optica la zona de medida.
En realizaciones de la invencion, la altura de dicha zona de medida es regulable para garantizar la renovation de la muestra de fluido dentro de dicha zona de medida.
En realizaciones de la invencion, la ventana optica tiene una inclinacion con respecto al plano definido por elemento optico trasero para evitar la acumulacion de aire en la zona de medida.
En realizaciones de la invencion, el sistema de monitorizacion comprende un difusor dispuesto entre dicho sistema de iluminacion de dichos medios de emision/recepcion de luz y dicho al menos un fotodiodo de control.
En otro aspecto de la invencion, se proporciona un metodo de monitorizacion de un fluido contenido en un deposito, que comprende: insertar un sistema de monitorizacion en una toma simple de dicho deposito, donde dicho sistema de monitorizacion comprende: una zona de medida configurada para que circule por ella una muestra de dicho fluido; unos medios de emision/recepcion de luz que consisten en un sistema de iluminacion y un sistema detector de luz situados en un mismo lado del sistema de monitorizacion con respecto a dicha zona de medida; una ventana optica dispuesta entre dichos medios de emision/recepcion de luz y dicha zona de medida; y un elemento optico trasero situado al otro lado del sistema de monitorizacion con respecto a dicha zona de medida; hacer incidir una radiacion optica desde dicho sistema de iluminacion hacia dicha zona de medida; detectar por dicho sistema detector de luz una radiation optica que comprende la luz reflejada por dicho fluido que circula por dicha zona de medida y/o la luz transmitida a traves de dicho fluido y reflejada en dicho elemento optico trasero; en un subsistema electronico comprendido en dicho sistema de monitorizacion, controlar la activacion/desactivacion del sistema de iluminacion y procesar las senales obtenidas procedentes del sistema detector de luz.
En realizaciones de la invencion, cuando dicho fluido tiene una absorbancia mayor de 1,0 en su estado inicial, dicho elemento optico trasero es un elemento optico trasero absorbente.
En realizaciones de la invention, cuando dicho fluido tiene una absorbancia menor de 1,0 en su estado inicial, dicho elemento optico trasero es un elemento optico trasero reflexivo.
En realizaciones de la invencion, el metodo comprende ademas regular la altura de dicha zona de medida para garantizar la renovation de la muestra de fluido dentro de dicha zona de medida.
En realizaciones de la invencion, el metodo comprende ademas inclinar dicha ventana optica con respecto al plano definido por elemento optico trasero para evitar la acumulacion de aire en la zona de medida.
Ventajas y caracterlsticas adicionales de la invencion seran evidentes a partir de la description en detalle que sigue y se senalaran en particular en las reivindicaciones adjuntas.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Para complementar la descripcion y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invencion, de acuerdo con un ejemplo de realization practica de la misma, se acompana como parte integrante de la descripcion, un juego de figuras en el que con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1A ilustra esquematicamente un sistema de monitorizacion de un fluido mediante su insercion en una toma simple de un deposito que contiene dicho fluido, de acuerdo con una posible realizacion de la invencion. Las figuras 1B y 1C muestran sendas vistas (frontal y de perfil, respectivamente) del sistema de monitorizacion de acuerdo con una posible realizacion de la invencion, en la que puede observarse el canal por el que fluye la muestra bajo inspection. Una parte del fluido contenido en el tanque en el que se acople el sistema de monitorizacion circula por este canal, en cuyo momento se toman las muestras. La figura 1D muestra una vista en perfil de un sistema de monitorizacion de acuerdo con otra realizacion de la invencion, en la que puede observarse el canal que se forma en el exterior del mismo, como un estrechamiento de la carcasa que recubre al sistema.
La figura 2A muestra un esquema del sistema de monitorizacion del estado de un fluido por espectrometrla, de acuerdo con una posible realizacion de la invencion. La figura 2B
muestra una posible carcasa en la que se inserta la estructura o soporte en la que se colocan los elementos opticos y electronicos del sistema. La figura 2C muestra la electronica albergada en el interior de la carcasa mostrada en la figura 2B, en cuyo interior pueden observarse los elementos opticos y electronicos esquematizados en la figura 2A. La figura 2D muestra en detalle la disposition del sistema detector de luz y de la al menos una fuente de iluminacion, ambos del mismo lado o portion del sistema con respecto del canal.
Las figuras 3A-3C esquematizan el recorrido de la radiation optica emitida por una fuente de iluminacion al viajar hacia un fluido (transmitiendose a traves del mismo y/o reflejandose en el volumen cercano a la superficie del mismo y/o en el elemento trasero, en funcion de ciertos parametros del fluido y de las caracterlsticas del elemento trasero) y la luz detectada por un sistema detector de luz dispuesto en el mismo plano que la fuente de iluminacion.
Las figuras 4A y 4B representan el funcionamiento del sistema de monitorizacion en modo de operation transmision/reflexion.
La figura 5 ilustra el problema de la introduction del sistema de monitorizacion en un deposito de forma totalmente vertical, dificultandose la evacuacion de aire en el canal de medida.
La figura 6 muestra un sistema de monitorizacion con altura del canal de medida variable, de acuerdo con una posible realizacion de la invencion.
La figura 7 muestra un sistema de monitorizacion cuya ventana optica esta inclinada con respecto al plano definido por la placa trasera, de acuerdo con una posible realization de la invencion.
La figura 8 ilustra los fenomenos de transmision, absorcion, scattering y reflexion difusa que pueden tener lugar en un medio en funcion de las caracterlsticas del mismo en terminos de absorbancia, transmitancia y reflectancia. Notese que se ha obviado el efecto de la reflexion especular.
DESCRIPCION DE UN MODO DE REALIZACION DE LA INVENCION
La figura 1A ilustra un esquema de un posible escenario de aplicacion de un sistema de monitorizacion (o sistema de medida) 3 de un fluido mediante la insertion o acople del sistema de monitorizacion 3 en una toma estandar (toma simple) 5 de un tanque, tuberla,
o en general, deposito 1 en el que se encuentra dicho fluido 2, de acuerdo con una posible realization de la invention. Al sistema de monitorizacion o medida se le denomina en ocasiones "sensor” a lo largo de la presente divulgation. La monitorizacion o medida se realiza por espectrometrla. El sistema de monitorizacion 3 de la invencion esta disenado para integrarse en un deposito 1, acoplandose al mismo a traves de una toma simple, tal como una toma hidraulica estandar, sin necesidad de realizar un bypass mediante conductos o tuberlas, que desvlen el fluido para su monitorizacion. El sistema de monitorizacion 3 esta disenado para dejarse introducido en el deposito 1, de forma que el sistema 3 pueda tomar medidas del fluido sin necesidad de extraer una muestra de fluido del deposito 1. Aplicando una serie de algoritmos para la interpretacion de las medidas tomadas relativas a diversos parametros, tales como al color del fluido 2, se obtiene information sobre el fluido, por ejemplo sobre su grado de degradation, y por tanto se puede actuar sobre el fluido en cuestion o tomar decisiones basadas por ejemplo en su grado de deterioro. El sistema de monitorizacion 3 puede tomar medidas periodicas o no periodicas (por ejemplo, a petition). El fluido 2 recogido en el deposito 1 es preferentemente un aceite lubricante industrial.
El sistema de monitorizacion 3 esquematizado en la figura 1A tiene una serie de elementos optoelectronicos (no ilustrados en el esquema de la figura 1A) integrados en una carcasa, vaina o encapsulado, que constituye la parte externa del sistema o sensor. Las figuras 1B y 1C representan vistas de frente y perfil, respectivamente, de una posible implementation del sistema de monitorizacion 3. En ella, la carcasa, vaina o encapsulado tiene una forma que permite el paso del fluido 2 entre cuatro superficies externas 31 32 33 34 de la carcasa. Es decir, el fluido 2 pasa por una zona exterior 20 a la carcasa. Esta zona exterior es una especie de tunel, canal, conducto o zona de medida entre la superficie exterior de una primera portion 35 de la carcasa y la superficie exterior de una segunda porcion 36 de la carcasa enfrentada a la primera porcion 35 de la carcasa, definiendo ambas porciones el conducto o zona de medida 20 para el fluido. La segunda porcion 36 tiene forma de U, definiendo esta forma el canal o zona de medida 20 por el que fluye el fluido cuando el sistema de monitorizacion 3 se ha acoplado al deposito 1 de fluido 2 bajo supervision.
La figura 1D representa una vista de perfil de otra posible implementacion del sistema de monitorizacion 3. Como en el caso anterior, la carcasa, vaina o encapsulado del sistema o sensor tiene una forma que permite el paso del fluido 2 entre tres superficies externas 31’ 32’ 33’ de la carcasa. Estas tres superficies 31’ 32’ 33’ definen el canal o zona de medida entre la superficie exterior de una primera porcion 35 de la carcasa y la superficie
exterior de una segunda porcion 36 de la carcasa enfrentada a la primera porcion 35 de la carcasa, definiendo ambas porciones el conducto o zona de medida 20 para el fluido. Es decir, como se aprecia en la figura 1B, la carcasa tiene un determinado grosor, espesor o fondo "z1” en la primera y en la segunda porciones, y experimenta un estrechamiento en su espesor "z2” en una porcion intermedia 37 entra las primera y segunda porciones 35 36, de forma que la carcasa queda dividida en dos porciones unidas por una parte estrecha 37 de la carcasa, quedando un hueco o canal 20 por el que fluye el fluido cuando el sistema de monitorizacion 3 se ha acoplado al deposito 1 de fluido 2 bajo supervision. Aunque en las figuras 1B-1D la superficie que delimita la zona de medida 20 se ha ilustrado como paredes o superficies planas (31-34, 31’-33’), otras implementaciones de la carcasa podran realizarse con superficies curvadas, por ejemplo una superficie curvada sustancialmente, en la que por tanto no pueda establecerse una clara diferenciacion entre dichas superficies 31-34 o 31’-33’.
En funcion de la configuration del deposito 1 que recoge el fluido 2 bajo analisis, la toma o acople 5 en el deposito 1, a traves de la cual se inserta o acopla el sensor o sistema de monitorizacion 3 en el deposito 1, puede estar en un lateral del deposito 1, como es el caso de la configuracion mostrada en la figura 1A, o puede estar en la parte superior (por ejemplo, tapa) del deposito 1. En el primer caso, el sistema de monitorizacion 3 se inserta en el deposito 1 de forma oblicua al mismo. En el segundo caso, el sistema de monitorizacion 3 se inserta en el deposito 1 de forma perpendicular al mismo.
En la figura 2A se ilustra en mayor detalle el sistema de monitorizacion 13 de acuerdo con una posible implementation de la invention. En relation con esta figura se describen elementos optoelectronicos del sistema, que se integran o soportan en una estructura que a su vez se inserta en la carcasa, vaina o encapsulado descritos anteriormente. La figura 2B muestra una posible carcasa en la que se inserta la estructura o soporte (mostrada en la figura 2C) en la que se colocan los elementos opticos y electronicos del sistema. El sistema de monitorizacion tiene una parte optica (subsistema optico) 140 y una parte electronica (subsistema electronico) 150. El subsistema optico 140 ocupa la segunda porcion 136 de la carcasa del sistema y una parte de la primera porcion 135 de la carcasa, entendiendose por primera y segunda porciones las referenciadas como 35, 36 en las figuras 1B-1D anteriores. En concreto, de la primera porcion 135 de la carcasa, el subsistema optico 140 ocupa la parte mas proxima al canal externo 120 al sistema de monitorizacion 13, por el que fluye el fluido bajo supervision. La figura 2A muestra dicho canal 120. La flecha a lo largo del canal 120 representa el flujo de fluido en el canal 120. El subsistema electronico 150 ocupa la parte de la primera porcion 135 de la carcasa mas
alejada al canal 120 definido por la superficie externa de la carcasa (31-34 en la figura 1B, 31’-33’ en la figura 1D).
El subsistema optico 140 esta formado, entre otros elementos, por unos medios de emision/recepcion de luz 41. Los medios de emision/recepcion de luz 41 se componen de un sistema de iluminacion 411 y un sistema detector de luz 412. El sistema de iluminacion 411 esta formado por al menos una fuente de iluminacion. El sistema detector de luz 412 esta formado por uno o mas detectores de luz. Los medios de emision/recepcion de luz 41 se encuentran en la primera porcion 135 de la carcasa, que es la porcion de la carcasa mas robusta habida cuenta, por ejemplo, de sus dimensiones, frente a la segunda porcion 136 de la carcasa, mas expuesta al volumen total del fluido que ocupa el deposito 1 (vease las figuras 1A-1D). A modo de ejemplo, la primera porcion 135 de la carcasa puede tener un diametro que varla entre 25 y 30 mm (millmetros, 10-3 metros) y una altura que varla entre 40 y 45 mm, mientras que la segunda porcion 136 de la carcasa puede tener un diametro que varla entre 20 y 25 mm y una altura que varla entre 7 y 12 mm. Es decir, el sistema de iluminacion 411 y el sistema detector de luz 412 estan situados en un mismo lado con respecto a la zona de medida 20, 120. Ejemplos no limitativos de fuentes de iluminacion 411 son uno o mas diodos emisores de luz (LED), una o mas lamparas de tungsteno (lampara que comprende tungsteno en sus filamentos), una o mas lamparas de luz halogena, una o mas lamparas de vapor de mercurio, entre otras. La fuente o fuentes de iluminacion 411 puede(n) ser de banda ancha (como es el caso, por ejemplo, de la lampara halogena), que ofrece espectro estable desde el ultravioleta hasta el infrarrojo lejano o profundo. En una posible implementation, la al menos una fuente de iluminacion 411 es uno o mas LEDs que emiten luz blanca para iluminar el fluido que fluye por el canal 120. Ejemplos no limitativos de sistemas detectores de luz 412 son detectores de luz ultravioleta (UV), detectores de luz visible (VIS), detectores de luz en el infrarrojo cercano (NIR) y combinaciones de los mismos. En una posible implementacion, se utiliza al menos un sensor de color, por ejemplo un sensor de color RGB (configurado para captar la luz visible en la banda del rojo (R, red), verde (G, green) y azul (B, blue)). Con objeto de evitar o minimizar diafonla (mas comunmente conocida como crosstalk, por su termino en ingles), es decir, que parte de la intensidad emitida por la al menos una fuente de iluminacion llegue de vuelta al receptor sin efecto de la muestra, los medios de emision/recepcion de luz 41 pueden incorporar unos medios de apantallamiento 413, implementados por ejemplo como una pared separadora realizada por ejemplo de un material absorbente o de un material reflectante a las longitudes de onda de trabajo, entre la al menos una fuente de iluminacion 411 y el
al menos un sistema detector de luz 412.
El sistema detector de luz 412 esta preferentemente dispuesto en el mismo plano que la al menos una fuente de iluminacion 411 (ambos del mismo lado o porcion del sistema con respecto del canal 20, 120), como ilustra la figura 2D. Como se explica mas adelante, el sistema detector de luz 412 esta configurado para detectar la luz reflejada en una profundidad cercana a la superficie del fluido (reflexion difusa) y para detectar la luz transmitida a traves del fluido y reflejada en un elemento optico trasero que se describe mas adelante.
El subsistema optico 140 puede incluir tambien uno o mas fotodiodos de control 43, configurados para emparejarse a la al menos una fuente de iluminacion 411 de los medios de emision/recepcion de luz 41. La funcion del uno o mas fotodiodos de control 43 es medir la intensidad emitida por la al menos una fuente de iluminacion 411, para poder controlar dicha intensidad emitida. Al aumentar la temperatura del sistema, la intensidad luminosa emitida por la fuente de iluminacion disminuye y, por lo tanto, disminuye la cantidad de luz que incide en la muestra. Esta disminucion en la cantidad de luz que incide en la muestra puede llegar a causar que la medida no sea correcta. Para evitar este efecto, preferentemente se implementa un control en lazo cerrado de la potencia de emision de la fuente de iluminacion. Este control en lazo cerrado puede implementarse como sigue: en base a la cantidad de luz recibida en el fotodiodo de control 43, se calcula el valor de intensidad al que hay que encender la fuente de iluminacion para conseguir que la intensidad de luz emitida sea la adecuada para realizar la medida. El valor de intensidad adecuado se obtiene mediante un proceso de calibration que se realiza preferentemente en fabrication. En la figura 2A, el angulo $ representa el angulo de emision de la fuente de iluminacion 411, el angulo a representa el angulo de reception del fotodiodo de control 43 y el angulo p representa el angulo de reception del sistema detector de luz 412. Ademas, Pd-c(V) se refiere al valor de la medida realizada por el fotodiodo de control 43, RGB(mA) representa el valor de la medida del sistema detector de luz 412 y LED(mA) representa el valor de la corriente a la que se tiene que encender el al menos un emisor de la fuente de iluminacion 411. La al menos una fuente de iluminacion 411, el al menos un sistema detector de luz 412 y el al menos un fotodiodo de control 43 se controlan desde el subsistema electronico 150. Por ejemplo, desde el subsistema electronico 150 se proporciona la corriente necesaria para la alimentation de la al menos una fuente de iluminacion 411, en el subsistema electronico 150 se recibe y procesa la senal detectada por el al menos un sistema detector de luz 412 y se recibe y procesa la senal proporcionada por el fotodiodo de
control 43.
Preferentemente, entre la al menos una fuente de iluminacion 411 y el al menos un fotodiodo de control 43 se dispone un difusor 48 cuya mision principal es la difusion de la cantidad de luz emitida por la al menos una fuente de iluminacion 411 para conseguir una iluminacion homogenea en toda la zona bajo inspection (zona 120 ocupada por el fluido, tal como aceite, bajo analisis). El difusor 48 es de un material sustancialmente transparente a las longitudes de onda de trabajo pero que tiene la funcion de dispersar la luz. Asl, la al menos una fuente de iluminacion 411 puede iluminar adecuadamente el fluido que circula por la zona de medida 120. En una posible realization, el difusor 48 es un cristal, por ejemplo un cristal esmerilado.
El subsistema optico 140 incluye tambien una ventana optica 44. En la figura 2B, la referencia 44 se refiere al hueco ocupado por esta ventana optica 44, que en la figura 2B no se ha ilustrado. Es decir, la superficie de la segunda portion 35, 135 de la carcasa del sensor o sistema de monitorizacion, que es una de las superficies del sistema que definen el canal 20, 120, y por tanto una de las superficies en contacto con la muestra de fluido que pasa por el canal 20, 120, esta sellada hermeticamente por una ventana de protection transparente 44 (transparente a la longitud de onda de trabajo). La superficie sellada corresponde con la pared 33 en la figura 1B y con la pared 33’ en la figura 1D de la segunda porcion 35 de la carcasa del sensor o sistema de monitorizacion. La fuente de iluminacion 411 esta orientada hacia el canal 20, 120 por el que fluye el fluido. La ventana de proteccion transparente 44 se situa entre los medios de emision/recepcion de luz 41 y la zona 20, 120 por la que fluye el fluido. En una posible realizacion, no limitativa, esta ventana de proteccion transparente 44 se realiza, por ejemplo, de vidrio borosilicato (Vidrio optico BK7) o de un material plastico, tal como PMMA. A traves de esta ventana optica 44 la luz emitida por la fuente de iluminacion 411 viaja hasta el fluido que se encuentra en el hueco, ranura o canal 120. La ventana optica 44 permite que sustancialmente toda la luz que llega a la misma se transmita por su interior hacia el canal 20, 120.
Al otro lado del canal 120, es decir, en la segunda porcion 136 de la carcasa del sistema, se encuentra otro elemento del subsistema optico 140. Se trata de un elemento optico trasero o placa trasera 45. Este elemento optico trasero 45 forma al menos parte de la superficie de la primera porcion 36, 136 de la carcasa que define el canal de medida 20, 120. Por ejemplo, en el esquema de la figura 1B, el elemento optico trasero esta integrado en la pared 31, o en el esquema de la figura 1D, el elemento optico trasero esta
integrado en la pared 31’. En funcion de diversos factores, tales como el tipo de fluido (tal como aceite) empleado o del grado de degradation previsible del fluido bajo analisis, el elemento optico trasero 45 se disena de forma que proporcione un cierto (mayor o menor) grado de reflexion. En posibles implementaciones de la invention, el elemento optico trasero 45 se implementa como una superficie negra, o como un espejo plano o como un espejo concavo o parabolico configurado para concentrar los rayos reflejados en el sistema detector de luz 412. Es decir, la region de fluido en la que se realiza la medida esta definida por el canal 20, 120, la ventana optica 44 y el elemento optico trasero 45.
A su vez, el subsistema electronico 150 tiene unos medios de procesado 51 para las tareas de activacion/desactivacion de la iluminacion (control de la(s) fuentes de iluminacion) y para el procesado y calculo de las senales obtenidas, procedentes del sistema detector de luz, para obtencion de indicadores de degradacion de aceite en funcion de las medidas tomadas. En una posible realization, no limitativa, los medios de procesado 51 se implementan mediante un microcontrolador embebido, programado para realizar dichas tareas de activacion/desactivacion de iluminacion y de calculo y procesado de senales. Los medios de procesado 51 albergan los siguientes algoritmos (cuyo contenido concreto queda fuera del alcance de la presente invencion):
-uno o mas algoritmos de control de la iluminacion 511, que se encargan de que la intensidad de la luz emitida por la al menos una fuente de iluminacion 411 se ajuste a una consigna de iluminacion; los parametros de entrada de este algoritmo son la medida del fotodiodo de control 43 (Pd_c(V)) y una consigna de iluminacion, mientras que el parametro de salida es la corriente que debe aplicarse al sistema de iluminacion (Led(mA));
-uno o mas algoritmos de calculo de degradacion de aceite 512, disenados para calcular un indicador de degradacion a partir de la lectura RGB realizada en el sistema detector de luz 412; y
-uno o mas algoritmos de calibration 513, disenados para un ajuste de intensidades de trabajo y toma de referencia.
El subsistema electronico 150 tiene ademas otros elementos, como drivers de comunicacion 52 que permiten al sistema 13 comunicarse con equipos externos para recibir comandos (instrucciones para realizar medidas, realizar calibracion, etc.) y para transmitir medidas o resultados del procesado realizado en los medios de procesado 51; fuente de alimentation 53, disenada para alimentar todos los dispositivos electronicos del sistema 13; medios de memoria 54, configurados para almacenar resultados de medidas
y parametros de los algoritmos; y sensor de temperatura 55, para conocer y monitorizar la temperatura del sistema 13.
El sistema de monitorizacion 13 comprende tambien medios de conexion, que pueden ser cableados, como por ejemplo el conector 60 mostrado en la figura 2A o el cableado 4 mostrado en la figura 1A, o inalambricos, para la comunicacion con equipos externos o para recibir alimentacion externa en caso de que sea necesaria.
En funcion de las circunstancias, tales como el tipo de sistema industrial bajo monitorizacion, o del tipo (y por tanto, de la absorbancia y reflectancia) de fluido -preferentemente aceite lubricante- que se este monitorizando, o de la previsible velocidad de degradation que de dicho fluido se pueda esperar, se podra elegir entre distintas implementaciones del elemento optico trasero 45. Como se ilustra en la figura 2A, el fluido que fluye en el canal 20, 120 puede ser un fluido considerado opaco (es decir, un fluido de absorbancia mayor de 1,0) o un fluido considerado traslucido (es decir, un fluido de absorbancia menor de 1,0). En el caso de aceites lubricantes para maquinaria industrial, como por ejemplo motores de gas, existen aceites opacos (absorbancia mayor de 1,0, tales como mayor de 2,0 o mayor de 3,0 a la longitud de onda de trabajo) incluso cuando estan limpios, es decir, antes de empezar a usarse y por tanto degradarse; y tambien existen aceites que inicialmente (por ejemplo cuando estan limpios) son traslucidos (absorbancia menor de 1,0, tales como menor de 0,5 o menor de 0,2 o menor de 0,1 a la longitud de onda de trabajo) y que, a lo largo de su vida util, su absorbancia va aumentando con el paso del tiempo y del uso como lubricante de la maquinaria de que se trate, hasta llegar a tener una alta opacidad al final de su vida util (por ejemplo, presentando una absorbancia en torno a 1,0 o superior, como 2,0 o 3,0 en la longitud de onda de medida). En cualquier caso, a medida que se usan como lubricantes, su absorbancia va aumentando debido a procesos de oxidacion, entre otros.
El sistema de monitorizacion de la presente divulgation se implementa preferentemente de forma que el elemento optico trasero 45 sea intercambiable, para adaptarse al tipo de fluido que se desee monitorizar. Asl, con el diseno de los medios de emision/recepcion de luz 41 y del elemento optico trasero 45, es posible cubrir distintos casos de uso, seleccionando el elemento optico trasero 45 entre distintas posibles opciones. Las figuras 3A-3C esquematizan el recorrido de la radiation optica emitida por la al menos una fuente de iluminacion 411 al viajar hacia un fluido que ocupa el canal 20, 120 y la luz detectada por el al menos un sistema detector de luz 412 dispuesto en el mismo lado que la al menos una fuente de iluminacion 411 (ambos del mismo lado del canal 20, 120) y,
preferentemente, en un mismo plano para facilitar el diseno optico. En estas figuras, se explica el papel desempenado por el elemento optico trasero 45 con respecto a la radiacion optica procedente de la al menos una fuente de iluminacion 411 que consigue llegar a dicho elemento optico trasero 45 (flecha continua). Las flechas punteadas representan la reflexion difusa en el fluido, presente en mayor o menor medida en funcion del tipo de fluido.
El modo de operation predominante esta determinado por el tipo de elemento optico trasero 45 elegido y las caracterlsticas del fluido monitorizado. Asl, en la figura 3A, en la que se ha usado un material absorbente desde el punto de vista optico (es decir, un material que a la longitud de onda (o longitudes de onda) de trabajo sustancialmente no refleja nada de luz) para implementar el elemento optico trasero 451, se observa como este material absorbente no refleja nada, de forma que sustancialmente toda la contribution de senal recibida en el sistema detector de luz 412 corresponde (llnea punteada) a la senal de reflexion difusa en la muestra. Ejemplos no limitativos de materiales absorbentes son nylon negro y aluminio anodizado, entre otros. Se recomienda la configuration de la figura 3A cuando se desea asegurar que solo se mide reflexion difusa generada en la muestra. En este caso, el modo de operacion predominante es modo reflexion, pues la medida principal de radiacion optica realizada por el al menos un sistema detector de luz 412 es la relativa a la reflexion difusa (flecha discontinua).
Por su parte, en la figura 3B, en la que el elemento optico trasero 452 se ha implementado mediante un material reflexivo no curvado desde el punto de vista optico (es decir, un material que a la longitud de onda (o longitudes de onda) de trabajo refleja sustancialmente toda la luz que incide sobre dicho material reflexivo), se observa como el elemento optico trasero 452 refleja todo (flecha continua que parte del elemento optico trasero 452), por lo que el sistema detector de luz 412 recibe intensidad de reflexion difusa (llnea punteada) y senal de transmision que se corresponde con la portion de luz transmitida a traves del fluido y reflejada en la placa trasera 452 que se transmite de vuelta a traves del fluido (llnea continua que llega al sistema detector de luz 412). Ejemplos no limitativos de materiales reflexivos son aluminio pulido, nylon blanco, y en general, cualquier material que actue como un espejo. En este caso, el elemento optico trasero 452 actua como emisor virtual, ya que el comportamiento es como si hubiese un emisor virtual al otro lado del fluido que ocupa el canal 20, 120. La flecha continua procedente del elemento trasero 452 se refiere a la radiacion reflejada por dicho elemento trasero 452. En este caso, el modo de operacion predominante es modo transmision,
pues la medida principal de radiacion optica realizada por el al menos un sistema detector de luz 412 es la relativa a la radiacion optica procedente del elemento optico trasero 452 que actua como un emisor virtual (flecha continua).
Por ultimo, en la figura 3C, en la que el elemento optico trasero 45 se ha implementado mediante un material reflexivo curvado, reflexivo focalizado o reflector curvado 453, este concentra los rayos procedentes de la al menos una fuente de iluminacion 411 que llegan hasta la placa trasera 453, en el area activa del sistema detector de luz 412, para maximizar la senal recibida. Es decir, el elemento optico trasero 45 se ha implementado mediante un material que a la longitud de onda (o longitudes de onda) de trabajo refleja sustancialmente toda la luz que incide sobre dicho material reflexivo y ademas se disena para que concentre la luz en el sistema detector de luz 412. Ejemplos no limitativos de implementaciones como esta son las implementaciones mediante espejos curvos (parabolicos o concavos). Como en el caso de la figura 3B, en la figura 3C el sistema detector de luz 412 recibe intensidad de reflexion difusa (llnea punteada) y senal de transmision que se corresponde con la porcion de luz transmitida a traves del fluido y reflejada en la placa trasera 453 que se transmite de vuelta a traves del fluido (llnea continua que llega al sistema detector de luz 412), esta ultima optimizada (llega focalizada del emisor virtual). Es decir, como en el caso de la figura 3B, el modo de operacion predominante es modo transmision, pues la medida principal de radiacion optica realizada por el al menos un sistema detector de luz 412 es la relativa a la radiacion optica procedente del elemento optico trasero 453 que actua como un emisor virtual (flecha continua).
Estas configuraciones (figuras 3B y 3C) se recomiendan para medir el nivel de transmitancia de la muestra. Sin embargo, si el fluido a monitorizar tiene una absorbancia elevada (fluidos opacos o muy opacos), no llegara apenas senal a la placa trasera y el comportamiento del sistema sera similar al descrito en el caso de la figura 3A, es decir, se trabaja en modo reflexion a pesar de tener una placa trasera reflectante 452, 453.
Es decir, gracias a la ubicacion de los medios opticos de emision/recepcion 41 del mismo lado del fluido, y del elemento optico trasero 45 situado al otro lado del fluido con respecto a los medios opticos de emision/recepcion 41, se consigue un modo de operacion en reflexion o en transmision que va a permitir monitorizar un amplio rango de fluidos en terminos de absorbancia (transmitancia) y reflectancia.
Las figuras 4A y 4B representan el funcionamiento del sistema de monitorizacion. Concretamente, la figura 4A representa el comportamiento optico de los rayos
transmitidos por la al menos una fuente de iluminacion 411 al entrar en contacto con el fluido que llena el canal 20, 120 cuando el fluido que llena el canal 20, 120 es un fluido de alta opacidad 72, es decir, cuando el fluido presenta una absorbancia mayor de 1,0, tal como mayor de 2,0 o mayor de 3,0 (parte inferior de la figura 4A); y cuando el fluido que llena el canal 20, 120 es un fluido de baja opacidad 71, es decir, cuando el fluido presenta una absorbancia menor de 1,0, tal como menor de 0,5 o menor de 0,2 o menor de 0,1 (parte superior de la figura 4A).
Cuando se emite una radiacion optica que incide en un fluido de alta opacidad 72, practicamente nada de la luz consigue atravesar el fluido 72 debido a la opacidad de este, ya que la luz se absorbe en una profundidad cercana a la superficie y la parte que no es absorbida puede salir otra vez de la muestra en forma de reflexion difusa debido al scattering (dispersion) producido por las reflexiones internas en el fluido (vease figura 8). En este caso, el modo de operation predominante es el modo en reflexion. En estas circunstancias, el comportamiento de los rayos de luz en el fluido es sustancialmente el mismo independientemente del tipo de placa trasera utilizada 45, ya que practicamente ningun rayo llega hasta la placa trasera.
Por el contrario, cuando se emite una radiacion optica que incide en un fluido de baja opacidad 71, una alta proportion de la luz emitida por la fuente atraviesa el fluido. En este caso, el modo de operacion predominante es el modo en transmision, porque la radiacion luminosa es capaz de atravesar el fluido y la componente debida al scattering es en proporcion mucho menor (debe tenerse en cuenta ademas que el efecto del scattering depende de las caracterlsticas propias del fluido). En caso de que la placa trasera del sistema sea reflectante 452, 453, toda la luz que llegue a esta superficie se reflejara y volvera de vuelta a traves del fluido. Si, por el contrario, la placa trasera es absorbente 451, toda la luz que incide en esta superficie sera absorbida y nada volvera de vuelta a traves del fluido.
La election de la placa trasera 451, 452, 453 depende de las caracterlsticas del fluido a monitorizar y de su evolution durante su uso. La utilization de una placa trasera absorbente 451 permite obtener information sobre el nivel de reflexion difusa debida al scattering en la muestra, lo que puede dar informacion sobre la aparicion de partlculas en la misma, puede indicar por ejemplo la aparicion de barnices. Mientras que una placa trasera reflectante 452, 453 permite realizar por ejemplo una monitorizacion del nivel de absorbancia de la muestra, cambios en el color, etc. Todos estos efectos son indicativos del estado de degradacion del aceite.
Como se ha indicado, el fluido lubricante en su estado inicial y su evoluciondurante su uso condicionan la eleccion del placa trasera 45, de forma que un fluido lubricante considerado opaco en estado inicial (limpio) podra determinar la eleccion de una placa trasera absorbente 451, mientras que un fluido lubricante considerado traslucido en estado inicial, podra determinar la eleccion de una placa trasera reflexiva 452, 453. La figura 4B muestra en detalle los principales componentes del subsistema optico 140 y los modos predominates (modo reflexion y modo transmision) en funcion de la opacidad del fluido que ocupa el canal 20, 120 y de la placa trasera o elemento optico de reflexion 45 elegido. La referencia (i) se refiere a rayos de luz reflejados en las inmediaciones de la superficie del fluido (reflexion difusa) que son detectados en el sistema detector de luz 412, mientras que la referencia (ii) se refiere a rayos de luz que atraviesan el fluido y que son reflejados por el elemento optico trasero 45 (cuando este actua como emisor virtual), de forma que viajan de vuelta por el fluido. Asl, cuando se elige una placa trasera absorbente 451, el sistema detector de luz 412 sustancialmente solo recibe los rayos (i), es decir, los rayos de luz reflejados por reflexion difusa, independientemente de que el fluido tenga mayor o menor opacidad, ya que los rayos emitidos por la fuente de iluminacion 411 que hayan logrado atravesar el fluido, si los hubiera, son absorbidos por elemento optico trasero absorbente 451. El sistema trabaja en este caso de forma predominante en modo reflexion, porque la mayor parte de la radiacion detectada por el detector 412 es la componente (i) reflejada en el fluido. Por el contrario, cuando se elige una placa trasera reflexiva 452, 453, el sistema detector de luz 412 recibe los rayos (i) (reflexion difusa) mas los rayos reflejados (ii) por el elemento optico trasero reflexivo 452, 453 que hayan logrado atravesar de vuelta el fluido. En este caso, si el fluido es opaco, es decir, de absorbancia mayor de 1,0, tal como mayor de 2,0 o mayor de 3,0, la componente (i) podra ser mayor que la (ii), porque el fluido opaco 72 permite el paso de poca radiacion reflejada. El sistema trabaja en este caso de forma predominante en modo reflexion (difusa). Por el contrario, si el fluido es traslucido (absorbancia menor de 1,0, tal como menor de 0,5 o menor de 0,2 o menor de 0,1), la componente (i) podra ser menor que la (ii), porque el fluido de baja opacidad 71 permite el paso de mayor cantidad de radiacion reflejada por la placa trasera 453, 453. El sistema trabaja en este caso de forma predominante en modo transmision. En general, de las dos componentes de luz (i), (ii) que son detectadas por el sistema detector de luz 412, la menor de ellas puede llegar a ser nula.
Por otra parte, el hecho de trabajar con un sistema de monitorizacion disenado para acoplarse de forma compacta y sencilla en una toma simple de un deposito y trabajar por
tanto en modo sumergido, obliga a superar ciertos inconvenientes: Por una parte, debe garantizarse que haya una renovacion efectiva del fluido dentro del canal 20, 120. Notese que el flujo del fluido a lo largo del canal de medida 20, 120 depende de las pequenas diferencias de presion que existen en el deposito 1 debido a turbulencias internas, de la viscosidad del fluido y de la temperatura del fluido. Por ejemplo, se ha obtenido mediante simulation que con un incremento de presion de 17,07 Pascales entre la entrada y salida del sistema de monitorizacion, para un canal 20, 120 de 2 mm de espesor (distancia entre la ventana 44 y placa trasera 45) se consigue un caudal volumetrico de 0,053 ml/s.
Por tanto, la renovacion de fluido en el canal de medida 20, 120 esta garantizada en las condiciones de presion descritas. Por otra parte, debe garantizarse que a la hora de introducir el sistema de monitorizacion 3, 13 en el deposito 1, el sistema de monitorizacion 3, 13, evacue el aire que pueda contener en su cavidad de medida (canal de medida) 20, 120. La probabilidad de no evacuar el aire contenido en el canal de medida 20, 120 es mayor cuanto mas verticalmente se introduce el sistema de monitorizacion 3, 13 en el deposito 1, y cuanto mas viscoso sea el fluido bajo monitorizacion. El caso mayor riesgo de acumulacion de aire en el canal de medida 20, 120 es aquel en el que se introduce el sistema de monitorizacion de forma totalmente vertical en un deposito que contiene un fluido muy viscoso (por ejemplo, 320 cSt), donde cSt son centiStokes, es decir, unidades de viscosidad, siendo 1cSt = 10"6 m2/s3.
La figura 5 ilustra el problema de la introduction del sistema de monitorizacion 3 en un deposito 1 de forma totalmente vertical, en cuyo caso las burbujas de aire acumuladas en el canal de medida tienen dificultades para evacuar el canal y, por tanto, este no se llena con el fluido que se desea monitorizar 2.
Para garantizar la renovacion de la muestra de fluido dentro del canal de medida 20, 120, garantizandose asl que el sistema de monitorizacion tome medidas sobre muestras diferentes de fluido a lo largo del tiempo, en realizaciones de la invention se disena un canal de medida 20, 120 de altura regulable para cada tipo de fluido. La figura 6 muestra un sistema de monitorizacion con altura H del canal de medida 20, 120 variable. En realizaciones de la invencion, la altura H del canal 20, 120 puede variar entre 0,5 mm y 5 mm, por ejemplo entre 0,75 mm y 4 mm, o entre 1 mm y 3,5 mm, o entre 1,5 mm y 3 mm, o entre 1,75 mm y 2,75 mm.
Para evitar la acumulacion de aire en el canal de medida 20,120, es decir, para favorecer la evacuation de aire de dicho canal 20, 120, en realizaciones de la invencion se disena la union entre la ventana optica 44 y el cuerpo o carcasa del sistema de monitorizacion
sin aristas. En otras realizaciones de la invention, se disena dicha ventana optica 44, que es preferentemente plana, con una cierta inclination con respecto al plano definido por el elemento optico trasero 45. Esta inclinacion favorece la evacuation de aire del canal 20, 120. La figura 7 muestra un sistema de monitorizacion cuya ventana optica 44 esta inclinada con respecto al plano definido por el elemento optico trasero 45. En realizaciones de la invencion, la inclinacion p puede variar entre 5 y 15°, por ejemplo entre 6 y 14°, o entre 7 y 13°, o entre 8 y 12°, o entre 9 y 11°. En realizaciones de la invencion, se disena la union entre la ventana optica 44 y el cuerpo o carcasa del sistema de monitorizacion sin aristas, y ademas se disena la ventana optica 44 inclinada un angulo p con respecto al plano definido por el elemento optico trasero 45.
Se ha construido un prototipo del sistema de monitorizacion descrito. El prototipo esta compuesto por un emisor LED de luz blanca, un detector de color RGB y una anchura de canal (distancia entre ventana optica y placa trasera) de 2 mm. La siguiente tabla muestra los valores obtenidos al realizar medidas con diferentes fluidos (fluido 1 a fluido 6) y diferentes configuraciones del sistema (placa trasera absorbente o reflectante) frente a datos obtenidos en el laboratorio. En todas las medidas realizadas con el prototipo y con la misma configuration de placa trasera el emisor envla la misma cantidad de luz. Este valor se determina durante el proceso de calibracion del sensor (sistema de monitorizacion) en condiciones de vaclo, es decir, sin fluido en el canal. En estas condiciones, el valor medido en el detector es del 80% respecto a su fondo de escala. Este valor se ha escogido por cuestiones de resolucion del sensor, tales como para evitar situaciones de saturation del detector. Las dos ultimas columnas se refieren a la medida tomada por el detector de color RGB en presencia de fluido en el canal. El fluido 1 es Beslux degradado. El fluido 2 es Beslux degradado intermedio. El fluido 3 es Beslux Referencia. El fluido 4 es Cepsa degradado. El fluido 5 es Cepsa degradado intermedio. El fluido 6 es Cepsa referencia.
A bsorbanc ia m ed ida R eflectanc ia m edida M edida D etec to r M edida D etecto r en labora torio en labora torio (P laca trasera (P laca trase ra R eflectante) Absorben te ) F lu ido 1 3 4 32% 66% Fluido 2 2 3,25 39% 62% Fluido 3 1 4,5 44% 66% Fluido 4 0,5 5,25 55% 67% Fluido 5 0,2 6 63% 68% Fluido 6 0 ,04 6,75 79% 69%
Como puede observarse, cuando se usa una placa trasera absorbente 451 (primera
columna por la derecha), y por tanto sustancialmente toda la radiacion que pueda haber atravesado el fluido es absorbida por la placa trasera 451, para cualquiera de las muestras (fluido 1 a fluido 6) el detector mide un valor en torno al 60-70% de su fondo de escala. En este caso el sistema trabaja en modo reflexion. Por el contrario, cuando se usa una placa trasera reflexiva 452, 453 (segunda columna por la derecha), la medida obtenida por el detector de color RGB, varla mucho en funcion de la absorbancia del fluido, desde valores de fondo de escala proximos al 80% en fluidos muy translucidos (fluido 6) hasta valores proximos al 30% en fluidos muy opacos (fluido 1). En este caso el sistema trabaja en modo predominante transmision.
Como puede observarse, con respecto a sistemas de monitorizacion en toma simple del estado de la tecnica, como por ejemplo el descrito en la solicitud de patente internacional WO2016/080824A1, la presente divulgacion simplifica y abarata el diseno, fabrication y mantenimiento del sistema de monitorizacion, debido a que se necesita una unica fuente de iluminacion, que ademas se ubica en la zona mas robusta del sistema de monitorizacion. En suma, el sistema de monitorizacion de la presente divulgacion se implementa como un sensor ‘enchufable’ (acoplable a una toma simple de un deposito) que puede entregar una salida de degradacion de aceite (o de su capacidad de lubrication), asl como otros parametros indicativos del aceite, como su nivel de aditivos antioxidantes, su grado de acidez, su nivel de oxidation y/o su nivel de presencia de barnices tanto si el fluido es opaco o traslucido. El sistema puede ser roscable, o de cualquier otra forma de acoplamiento sencilla, que no precise de canal de bypass en el deposito para la selection de la muestra de fluido. El sistema permite la medida en reflexion y/o transmision de fluidos tanto opacos como transparentes, pasando por los diversos grados de traslucidez. Se pueden emplear diversos elementos opticos traseros, ya sean de material absorbente o reflectante, y en este caso tanto planos como curvados para focalizar los rayos. El sistema se ha optimizado para que, al introducirse en el deposito, se elimine el aire que pueda haber en el canal de medida, evitandose la presencia de aire en la zona de medida. Ademas, se ha optimizado para que se regeneren las muestras sobre las que se toman las medidas.
En este texto, la palabra “comprende” y sus variantes (como “comprendiendo”, etc.) no deben interpretarse de forma excluyente, es decir, no excluyen la posibilidad de que lo descrito incluya otros elementos, pasos etc.
Por otra parte, la invencion no esta limitada a las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca tambien, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el
experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la eleccion de materiales, dimensiones, componentes, configuration, etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.
Claims (16)
1.- Un sistema de monitorizacion (3, 13) para la inspection de un fluido (2, 71, 72) contenido en un deposito (1) mediante la insertion de dicho sistema de monitorizacion (3, 13) en una toma (5) de dicho deposito (1), que comprende:
una zona de medida (20, 120) configurada para que circule por ella una muestra de dicho fluido (2, 71, 72);
estando el sistema de monitorizacion (3, 13) caracterizado por que comprende:
unos medios de emision/recepcion de luz (41) que consisten en un sistema de iluminacion (411) y un sistema detector de luz (412) situados en un mismo lado del sistema de monitorizacion (3, 13) con respecto a dicha zona de medida (20, 120);
una ventana optica (44) dispuesta entre dichos medios de emision/recepcion de luz (41) y dicha zona de medida (20, 120);
y un elemento optico trasero (45, 451, 452, 453) situado al otro lado del sistema de monitorizacion (3, 13) con respecto a dicha zona de medida (20, 120),
estando dicho sistema de iluminacion (411) configurado para emitir radiation optica hacia dicha zona de medida (20, 120),
estando dicho sistema detector de luz (412) configurado para detectar una radiation optica que comprende la luz (i) reflejada por dicho fluido (2, 71, 72) que circula por dicha zona de medida (20, 120) y/o la luz (ii) transmitida a traves de dicho fluido (2, 71, 72) y reflejada en dicho elemento optico trasero (45, 451, 452, 453),
comprendiendo ademas dicho sistema de monitorizacion (3, 13) un subsistema electronico (150) que comprende medios de procesado (51) configurados para controlar la activacion/desactivacion del sistema de iluminacion (411) y para procesar las senales obtenidas procedentes del sistema detector de luz (412).
2.- El sistema de monitorizacion (3, 13) de la revindication 1, en el que dicho elemento optico trasero (45, 451) se implementa mediante un elemento absorbente desde el punto de vista optico, estando dicho elemento optico trasero (45, 451) configurado para impedir la reflexion de la luz transmitida a traves de dicho fluido (20, 120).
3.- El sistema de monitorizacion (3, 13) de la revindication 1, en el que dicho elemento optico trasero (45, 452, 453) se implementa mediante un elemento reflexivo desde el punto de vista optico, estando dicho elemento optico trasero (45, 452, 453) configurado para favorecer la reflexion de la luz transmitida a traves de dicho fluido (20, 120).
4. - El sistema de monitorizacion (3, 13) de la reivindicacion 3, en el que dicho elemento reflexivo desde el punto de vista optico (452, 453) es un elemento reflexivo plano (452).
5. - El sistema de monitorizacion (3, 13) de la reivindicacion 3, en el que dicho elemento reflexivo desde el punto de vista optico (452, 453) es un elemento reflexivo concavo (453).
6. - El sistema de monitorizacion (3, 13) de la reivindicacion 1, en el que dicho elemento optico trasero (45, 451, 452, 453) es intercambiable, de forma que en funcion de la absorbancia del fluido bajo inspection (2, 71, 72), se elige un elemento optico trasero absorbente (451) o reflexivo (452, 453).
7.- El sistema de monitorizacion (3, 13) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas al menos un fotodiodo de control (43) configurado para medir la intensidad emitida por el sistema de iluminacion (411).
8.- El sistema de monitorizacion (3, 13) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando dicho sistema de monitorizacion (3, 13) comprendido en una carcasa, en la que dichos medios de emision/recepcion de luz (41) estan situados en una portion (136) de dicha carcasa y dicho elemento optico trasero (45, 451, 452, 453) esta situado en otra porcion (135) de dicha carcasa, donde dichas porciones (135, 136) de carcasa definen dicha zona de medida (20, 120), delimitando dicho elemento optico trasero (45, 451, 452, 453) y dicha ventana optica (44) la zona de medida (20, 120).
9.- El sistema de monitorizacion (3, 13) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la altura (H) de dicha zona de medida (20, 120) es regulable para garantizar la renovation de la muestra de fluido (2, 71, 72) dentro de dicha zona de medida (20, 120).
10. - El sistema de monitorizacion (3, 13) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha ventana optica (44) tiene una inclination con respecto al plano definido por elemento optico trasero (45, 451, 452, 453) para evitar la acumulacion de aire en la zona de medida (20,120).
11. - El sistema de monitorizacion (3, 13) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un difusor (48) dispuesto entre dicho sistema de iluminacion (411) de dichos medios de emision/recepcion de luz (41) y dicho al menos un fotodiodo de control (43).
12. - Un metodo de monitorizacion de un fluido (2, 71, 72) contenido en un deposito (1), que comprende:
insertar un sistema de monitorizacion (3, 13) en una toma simple (5) de dicho deposito (1), donde dicho sistema de monitorizacion (3, 13) comprende: una zona de
medida (20, 120) configurada para que circule por ella una muestra de dicho fluido (2, 71, 72); unos medios de emision/recepcion de luz (41) que consisten en un sistema de iluminacion (411) y un sistema detector de luz (412) situados en un mismo lado del sistema de monitorizacion (3, 13) con respecto a dicha zona de medida (20, 120); una ventana optica (44) dispuesta entre dichos medios de emision/recepcion de luz (41) y dicha zona de medida (20, 120); y un elemento optico trasero (45, 451, 452, 453) situado al otro lado del sistema de monitorizacion (3, 13) con respecto a dicha zona de medida (20, 120);
hacer incidir una radiacion optica desde dicho sistema de iluminacion (411) hacia dicha zona de medida (20, 120);
detectar por dicho sistema detector de luz (412) una radiacion optica que comprende la luz (i) reflejada por dicho fluido (2, 71, 72) que circula por dicha zona de medida (20, 120) y/o la luz (ii) transmitida a traves de dicho fluido (2, 71, 72) y reflejada en dicho elemento optico trasero (45, 451, 452, 453);
en un subsistema electronico (150) comprendido en dicho sistema de monitorizacion (3, 13), controlar la activacion/desactivacion del sistema de iluminacion (411) y procesar las senales obtenidas procedentes del sistema detector de luz (412).
13. - El metodo de la reivindicacion 12, en el que cuando dicho fluido (2, 71, 72) tiene una absorbancia mayor de 1,0 en su estado inicial, dicho elemento optico trasero (45, 451, 452, 453) es un elemento optico trasero absorbente (451).
14. - El metodo de la reivindicacion 12, en el que cuando dicho fluido (2, 71, 72) tiene una absorbancia menor de 1,0 en su estado inicial, dicho elemento optico trasero (45, 451, 452, 453) es un elemento optico trasero reflexivo (452, 453).
15. - El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que comprende ademas regular la altura (H) de dicha zona de medida (20, 120) para garantizar la renovacion de la muestra de fluido (2, 71, 72) dentro de dicha zona de medida (20, 120).
16. - El metodo de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 115 que comprende ademas inclinar dicha ventana optica (44) con respecto al plano definido por elemento optico trasero (45, 451, 452, 453) para evitar la acumulacion de aire en la zona de medida (20,120).
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Legal Events
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| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2695247 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20190102 |
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| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20190424 |