ES2934880B2 - Sistema y metodo de medida automatica en continuo del tamano de particulas de suspensiones concentradas mediante imagineria de rayos x - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA Y MÉTODO DE MEDIDA AUTOMÁTICA EN CONTINUO DEL TAMAÑO DE

PARTÍCULAS DE SUSPENSIONES CONCENTRADAS MEDIANTE IMAGINERÍA DE

RAYOS X

Objeto de la invención

La presente invención proporciona un sistema y método que tiene por objeto realizar la medición automática en continuo del tamaño de partículas en suspensiones concentradas mediante imaginería de rayos X.

La invención es de aplicación en cualquier sector industrial de procesado de materiales, donde el tamaño de las partículas que los componen es crucial, y más concretamente se aplica en la molienda de materiales cerámicos.

Antecedentes de la invención

El control del tamaño de las partículas que constituyen las materias primas es de gran importancia en la mayor parte de los procesos que tienen lugar en la fabricación de productos cerámicos. Es por ello, que la industria de este sector ha trabajado intensamente en el desarrollo de sistemas que les permita conocer y controlar el tamaño de las partículas que conforman estos materiales.

Tradicionalmente, el control del tamaño de los materiales cerámicos contenidos en una suspensión se realizaba mediante la determinación del porcentaje de residuo sólido depositado sobre un tamiz con una luz de malla dada, parámetro también conocido como “rechazo”.

Aunque en la actualidad existen técnicas más avanzadas que permiten medir con precisión la distribución de tamaños de partícula de suspensiones cerámicas en condiciones de laboratorio, su implantación industrial es dificultosa.

A continuación, se exponen algunos ejemplos relevantes acerca de sistemas y métodos adecuados para la medición del tamaño de partícula de suspensiones concentradas.

- La patente US3098931A con título “Aparato para su uso en la determinación del tamaño de partículas y distribución del tamaño de partícula” hace alusión a un sistema para la obtención de datos relacionados con el tamaño de partícula y la distribución del tamaño de partícula con respecto a una composición que tiene una disposición de partículas imperfectamente ordenada.

- La patente AU2010202919B2 titulada “Métodos de clasificación de materiales” describe el uso de diferencias en los coeficientes de absorción lineal de rayos X para procesar un mineral y eliminar elementos con mayor número atómico de elementos con menor número atómico para la detección de contaminantes en un mineral.

- La patente US3718819 titulada “Alimentación y medición del tamaño de las partículas de los sólidos triturados” se refiere a la alimentación y análisis de material particulado y, en particular, a la alimentación de dichos materiales a velocidades controladas, la medición dinámica continua del tamaño de partícula y otras propiedades del material que se transporta y la provisión de un entorno de procesamiento químico a través del cual se transporta el material en condiciones controladas.

- La patente US7477724B2 con título “Aparato de rayos X”, se refiere a un aparato de rayos X que incluye una fuente de rayos X, y un detector de rayos X orientado hacia la fuente de rayos X. La entrada acepta una corriente de partículas y un sistema de guía configurado para guiar la corriente de partículas en el espacio libre entre la fuente de rayos X y el detector para que pueda realizarse el análisis de rayos X sobre las partículas en la corriente en una región de muestra entre la fuente del aparato y el detector.

- También existen técnicas en las que se necesita conocer distintos parámetros físicos de la muestra para poder estimar el tamaño, como son la densidad real de las partículas, su coeficiente de absorción, el índice de refracción del medio donde están suspendidas entre otras.

No obstante, los sistemas de medición de muestras que se emplean actualmente presentan las siguientes limitaciones:

- muestreos puntuales de la suspensión a la salida del molino, midiendo manualmente, - algunas técnicas basadas en sedimentación están limitadas en cuanto a tamaño máximo de detección se refiere ya que las partículas de gran tamaño de la muestra alcanzan el fondo demasiado rápido y requieren un pretamizado,

- un elevado tiempo de ensayo o difícil automatización,

- influencia de variables para poder estimar el tamaño de las partículas, como la densidad real, coeficiente de absorción, índice de refracción del medio, temperatura, concentración, viscosidad y composición mineralógica, y

- falta de fiabilidad de los resultados debido a una baja representatividad de la muestra al utilizar técnicas que necesiten una gran dilución de la muestra.

Estas limitaciones dificultan en gran medida la implantación de estos sistemas de medida a nivel industrial.

En definitiva, no es conocido un sistema ni método que permitan realizar la medida automática en continuo del tamaño de las partículas de suspensiones concentradas a la salida de un molino de cerámica. Por ello, existe la necesidad en este campo técnico de disponer de un nuevo sistema y método de medición que permita realizar la medida automática en continuo del tamaño de partícula en suspensiones concentradas, que además permita controlar y lograr el tamaño de partícula de las materias primas sólidas adecuado para su procesado a nivel industrial y que pueda adaptarse a distintas necesidades del sector cerámico así como de otros sectores industriales de materiales, donde el tamaño de las partículas que los componen es crucial.

Descripción de la invención

En base a las necesidades expuestas anteriormente, se propone un sistema y un método para la medida automática en continuo del tamaño de partículas de suspensiones concentradas que permite analizar y controlar el tamaño de molienda de manera automática en un sistema industrial, utilizando la técnica de absorción de rayos X en un sistema de impulsión de un dispositivo de molienda de materias primas en húmedo.

De esta manera, la invención puede aplicarse en sectores industriales en los que también se necesita disminuir el tamaño de las materias primas sólidas hasta lograr dimensiones adecuadas para su procesado.

El sistema se caracteriza por que comprende una sonda que está dispuesta sumergida en un depósito por el que circula una suspensión concentrada de partículas. Además, el sistema comprende una bomba de absorción en continuo mediante la que se obtiene una muestra en continuo de la suspensión concentrada de partículas, a través de dicha sonda.

Esta muestra se hace circular a través de una celda del sistema, que está configurada para establecer una lámina de espesor controlado de la muestra, sobre la que se aplican rayos X mediante un generador de rayos X que, tras atravesar la celda, se captan en un sensor matricial, que está configurado para generar imágenes digitales de la lámina, según ya es conocido en el estado de la técnica.

Otro componente del sistema es un procesador, al que se envían las imágenes obtenidas de la lámina y que está configurado para analizar estas imágenes digitales y para obtener la medida en continuo del tamaño de las partículas en suspensión de la muestra, según también es conocido en el estado de la técnica, por lo que no se describe en mayor detalle.

En una realización de la invención se ha previsto que el sistema esté dotado de una toma de agua conectada a la bomba para permitir limpiar el recorrido realizado por las muestras cuando no se está analizando ninguna muestra.

En la realización preferente de la invención la bomba es una bomba peristáltica, en la que se da la circunstancia de que al aplicarle el agua de limpieza no proporciona una presióncaudal suficiente que permita realizar la limpieza de la celda por lo que se ha previsto que la toma de agua se bifurque en dos: una primera toma, que mediante una primera electroválvula se conecta a la entrada de la bomba, de forma que se permite realizar la limpieza de la bomba; y una segunda toma, que mediante una segunda electroválvula se conecta a la salida de la bomba, de manera que se proporciona la suficiente presión-caudal que permite realizar la limpieza de la celda y del resto de zonas por las que circula la muestra. La bomba y la primera y segunda electroválvula son gobernadas mediante un control con pantalla interactiva de forma que se realiza el ciclo de limpieza del bucle por donde circula la muestra de forma automática y programable.

También se ha previsto que la salida de la celda pueda conectarse a un conducto de retorno de la muestra al depósito del que fue extraída, de forma que se realiza un bucle cerrado de circulación de la muestra. En este caso la segunda toma de agua también permite realizar la limpieza tanto de la celda de medida como de toda la tubería de retorno.

Para realizar la funcionalidad comentada, la sonda está dotada de medios de fijación al depósito de un primer tubo y de un segundo tubo, en una posición en la que el extremo distal del primer tubo queda sumergido en la suspensión concentrada de partículas del depósito, y el extremo distal del segundo tubo queda dispuesto sobre el nivel de dicha suspensión de partículas concentradas, de forma que el segundo tubo es el que se conecta al conducto de retorno para formar el bucle cerrado de operación.

La celda comprende un alojamiento, en el que se establece la lámina de la muestra y cuyas caras, superior e inferior están cubiertas por un material de baja atenuación a la radiación de rayos X, de fácil limpieza y bajo desgaste, que preferentemente se materializa mediante una resina acrílica termopolimerizable transparente de dos componentes.

Se ha previsto que el espesor del alojamiento, y por tanto de la lámina, esté comprendido entre 1.500 y 2.000 micras, preferentemente este espesor es de 1.500 micras, mediante el que se ha comprobado experimentalmente que permite realizar el conteo de partículas sin que estas queden solapadas unas detrás de otras.

Se ha previsto que la bomba, las electroválvulas, la celda, el generador de rayos X y el sensor matricial estén alojados en un armario en el que la zona de emisión de rayos X ha sido dotada de un aislamiento blindado a los rayos X, para la seguridad de los usuarios. Además, el armario comprende el control con pantalla interactiva que además está configurado para gobernar el funcionamiento del sistema y realizar el control del encendido/apagado del generador de rayos X, de forma que esta configuración permite realizar la apertura del armario sin riesgos para el usuario. Este control también está configurado para enviar las imágenes generadas por el sensor matricial al procesador, para facilitar el control del tamaño de las partículas en suspensión de la molienda realizada. Además, el control está configurado para permitir visualizar en su pantalla los cortes de la distribución de tamaños de partícula establecidos por el procesador, que en caso de detectarse que no alcanzan los niveles requeridos, se modifica un parámetro de la molienda como puede ser la velocidad o la potencia del molino para que el tamaño de las partículas entre dentro de la tolerancia requerida. Esta regulación puede realizarse de forma manual como es conocido en el estado de la técnica o de forma automática mediante un bucle de control cerrado que permite implementar el control con pantalla interactiva de la presente invención. En la realización preferente el procesador está ubicado en el interior del armario, pero también cabe la posibilidad de ubicarlo fuera, dependiendo de las necesidades. Además, el sistema comprende una salida Ethernet de conexión con un ordenador remoto.

La muestra siempre se obtiene a la salida del molino después de los tamices de seguridad previos a las balsas de homogenización de la molienda, de forma que el procesador está configurado para evaluar el estado de estos tamices, mediante la detección de partículas con un tamaño mayor al establecido por dichos tamices de seguridad, es decir si se detectan estos valores superiores al establecido por los tamices, entonces se determina que los tamices de seguridad han sufrido daños por desgaste, rotura u otro motivo.

Además la invención se refiere a un método de medida automática en continuo del tamaño de partículas de suspensiones concentradas mediante imaginería de rayos X, que se caracteriza por que comprende extraer una muestra en continuo de una suspensión concentrada de partículas, y a continuación se crea una lámina de espesor controlado de la muestra, sobre la que se aplican rayos X, y se captan los rayos X que atraviesan la lámina, para generar imágenes digitales de dicha lámina, mediante un sensor matricial. Seguidamente se analizan las imágenes digitales y se obtiene la medida en continuo de las partículas en suspensión de la muestra.

En una realización de la invención se prevé una fase de limpieza de las zonas de circulación de las muestras, cuando no se está analizando ninguna muestra.

Además, se ha previsto una fase que consiste en retornar la muestra de la suspensión, al lugar de donde fue extraída, de forma que se realiza un bucle cerrado de circulación de la muestra.

Se prevé una fase en la que se realiza la visualización de los cortes de la distribución de tamaños de partícula.

Dado que la muestra se obtiene a la salida de molino después de los tamices de seguridad, también se prevé que el método comprenda una fase de evaluación del estado de estos tamices, mediante la detección de partículas con un tamaño mayor al establecido por los tamices de seguridad.

Descripción de las figuras

Para completar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a esta memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un conjunto de figuras en las que, con carácter ilustrativo y no limitante, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una representación esquemática de un molino industrial de cerámica en el que se aplica el sistema de la invención.

La figura 2 muestra una vista de la estructura y de la fijación de la sonda en un depósito con suspensión molturada en la salida de un molino.

La figura 3 muestra un diagrama de bloques del sistema de la invención.

La figura 4 muestra una vista en perspectiva de la celda.

La figura 5 muestra una sección A-A de la celda de la figura anterior.

Realización preferente de la invención

Tal y como ha sido comentado, la invención proporciona un nuevo sistema para la medida automática en continuo del tamaño de partículas de suspensiones concentradas que permite analizar y controlar el tamaño de las partículas en suspensión concentrada, en un sistema industrial, como por ejemplo es el caso de las partículas de suspensiones concentradas a la salida de un molino (1) de cerámica.

El sistema comprende una sonda (2) que se dispone sumergida en 4- depósito (3), que en el ejemplo de realización es un depósito dispuesto en la salida del molino (1) de cerámica de descarga para impulsión a balsas de homogenización, mediante la interposición de tamices de seguridad (no representados).

El sistema y la metodología desarrollada permiten muestrear suspensiones sólidas concentradas obteniendo los cortes característicos de la distribución de tamaños de partícula relevantes en la práctica industrial, y también permite evaluar el estado de los tamices dispuestos en la salida de la corriente molturada.

La sonda está conectada a una bomba (4) mediante la que se realiza la absorción en continuo de una muestra de la suspensión concentrada de partículas.

La salida de la bomba se aplica a una celda (5) en la que se define un alojamiento (19) que crea una lámina (6) de espesor controlado de la muestra. En el ejemplo este espesor es de 1.500 micras, con el que se ha comprobado experimentalmente que permite realizar el conteo de las partículas sin que estas se solapen unas detrás de otras.

Sobre la celda se ubica un generador de rayos X (7) de tipo microfoco, refrigerado mediante aire, y que produce un haz de radiación que atraviesa la celda por la que discurre la lámina del material a analizar en fase concentrada. Inferiormente a la celda se ha dispuesto un sensor matricial (8) de alta resolución, mediante el que se captan los rayos X que atraviesan la celda y que genera imágenes de la lámina de muestra, cómo ya es conocido en el estado de la técnica.

Para facilitar el paso de los rayos X a través de la celda, se ha previsto que su cara superior e inferior estén cubiertas por un material (9) de baja atenuación a la radiación de rayos X, de fácil limpieza y con poco desgaste, como por ejemplo puede ser resina acrílica termopolimerizable transparente de dos componentes.

Las imágenes digitales obtenidas son analizadas en un procesador (10), de forma que permite realizar el control automático en continuo de la operación de molienda, de modo que en caso de detectarse que las partículas no alcanzan los niveles requeridos, se modifica la velocidad o la potencia del molino para que el tamaño de las partículas entre dentro de la tolerancia requerida. Esta regulación puede realizarse de forma manual, como es conocido en el estado de la técnica o automática mediante el cierre de un bucle de control que permite esta invención mediante un control con pantalla interactiva (18) que gobierna el funcionamiento del sistema. En la realización preferente el procesador está ubicado en el interior del armario, pero también cabe la posibilidad de ubicarlo fuera, dependiendo de las necesidades. Además, el sistema comprende una salida Ethernet de conexión con un ordenador remoto. Además, el procesador está conectado al control con pantalla (18), que está configurado para permitir visualizar los cortes de la distribución de tamaños de las partículas en la pantalla táctil o en el ordenador remoto que se desee, según es conocido en el estado de la técnica.

La salida de la celda está conectada al depósito a través de un conducto de retorno (11) de forma que se realiza un bucle cerrado de operación. Para ello la sonda está dotada de un primer tubo (12) y de un segundo tubo (13) que mediante una fijación (14) se retienen sobre la embocadura del depósito. El extremo proximal del primer tubo se conecta a la bomba y su extremo distal queda dispuesto por debajo del nivel (15) de la suspensión concentrada de partículas que circula por el depósito (1), para poder realizar la absorción ya comentada. El conducto de retorno se conecta al extremo proximal del segundo tubo, cuyo extremo distal queda dispuesto por encima del nivel (15), cerrándose el bucle.

Además, el sistema comprende una toma de agua (16) mediante la que se realiza la limpieza del bucle. En el ejemplo de realización se emplea una bomba peristáltica en la que se da la circunstancia de que al inyectar agua por la admisión de la bomba y moviéndola, no proporciona una presión-caudal suficiente para permitir realizar la limpieza de la celda, por lo que se ha previsto que la toma de agua se bifurque en dos tomas. La primera de estas tomas se conecta a la entrada de la bomba y está destinada a la limpieza a presión del ramal de admisión de la muestra y a la limpieza de la propia bomba. Esta primera toma se gobierna de forma independiente mediante una primera electroválvula (20). La segunda toma se conecta a la salida de la bomba y está destinada a la limpieza del ramal de retorno de la muestra y de la celda. Esta segunda toma se gobierna de forma independiente mediante una segunda electroválvula (21). El ciclo de limpieza es automático y programable mediante el control con pantalla interactiva (18), que gestiona la limpieza del bucle por donde circula la muestra. Este sistema de limpieza automático permite su utilización durante periodos de tiempo prolongados sin actuación externa.

La bomba, electroválvulas, celda, emisor de rayos X, sensor matricial y procesador están dispuestos en un armario (17), en el que el emisor de rayos X, la celda y el sensor están protegidos por un aislamiento blindado a los rayos X, para evitar la emisión de rayos X al exterior durante los momentos de la toma de medida y así proteger a los usuarios del sistema. En el armario también está alojado el control con pantalla interactiva (18), que está configurado para controlar el funcionamiento de todos los sistemas eléctricos analógicos y digitales que gobiernan la impulsión y limpieza, así como la activación/desactivación del generador de rayos X, y la detección de los rayos X por el sensor matricial, de forma que permite abrir la parte blindada del armario con total seguridad cuando el emisor de rayos X esté desactivado.

La muestra en continuo se obtiene del depósito (3), después de los tamices de seguridad previos a las balsas de homogenización, lo que permite, mediante el procesador, evaluar el estado de estos tamices mediante la detección de partículas con un tamaño mayor al establecido por dichos tamices de seguridad.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. - Sistema de medida automática en continuo del tamaño de partículas de suspensiones concentradas mediante imaginería de rayos x, caracterizado por que comprende:

- una sonda (2) sumergida en un depósito (3) por el que circula una suspensión concentrada de partículas,

- una bomba (4) de absorción en continuo de una muestra de la suspensión concentrada de partículas a través de la sonda,

- una celda (5) configurada para establecer una lámina (6) de espesor controlado de la muestra de la suspensión concentrada de partículas,

- un generador de rayos X (7) que irradia un haz de rayos X sobre la lámina de la muestra establecida en la celda,

- un sensor matricial (8) de detección del haz de rayos X que atraviesa la lámina, y de generación de imágenes digitales de dicha lámina,

- un procesador (10) configurado para analizar las imágenes digitales y obtener la medida en continuo del tamaño de las partículas en suspensión de la muestra.

2. - Sistema, según la reivindicación 1, que comprende una toma de agua (16) conectada a la bomba para limpiar las zonas de circulación de la muestra.

3. - Sistema, según la reivindicación 2, donde la bomba es peristáltica y la toma de agua se bifurca en dos; una primera toma que se conecta a la entrada de la bomba mediante una primera electroválvula (20) para limpiar dicha bomba; y una segunda toma que se conecta a la salida de la bomba mediante una segunda electroválvula (21) para la limpieza del resto de las zonas de circulación de la muestra, donde la bomba y la primera y segunda electroválvula son gobernadas mediante un control con pantalla interactiva (18).

4. - Sistema, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la salida de la celda está conectada a un conducto de retorno (11) de la muestra al depósito del que proviene.

5. -. Sistema, según la reivindicación 4, donde la sonda comprende medios de fijación (14) al depósito de un primer tubo (12) y un segundo tubo (13), en una posición en la que el extremo distal del primer tubo queda sumergido en la suspensión concentrada de partículas, y el extremo distal del segundo tubo queda dispuesto sobre el nivel (15) de dicha suspensión de partículas concentradas, estando dicho segundo tubo conectado al conducto de retorno.

6. - Sistema, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la celda comprende un alojamiento (19), cuya cara superior e inferior están cubiertas por un material (9) de baja atenuación a la radiación de rayos X, fácil limpieza y con poco desgaste.

7. - Sistema, según la reivindicación 6, donde el espesor del alojamiento de la celda está comprendido entre de 1.500 y 2.000 micras.

8. - Sistema, según la reivindicación 6, donde el material (9) es resina acrílica termopolimerizable transparente de dos componentes.

9. - Sistema, según la reivindicación 3, donde el procesador está configurado para evaluar el estado de los tamices dispuestos en la salida de la corriente molturada mediante la detección de partículas con un tamaño mayor al establecido por dichos tamices, estando dicho procesador conectado al control con pantalla interactiva, que está configurado para visualizar los cortes de la distribución de tamaños de partícula.

10. - Sistema, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un armario (17) en el que están alojados la bomba, la primera y segunda electroválvula, la celda, el generador de rayos X, el sensor matricial, el procesador, y el control con pantalla interactiva (18), que está configurado para gobernar del funcionamiento del sistema, comprendiendo dicho armario un aislamiento blindado a los rayos X en el que están incluidos el generador de rayos X, la celda y el sensor matricial.

11. - Método de medida automática en continuo del tamaño de partículas de suspensiones concentradas mediante imaginería de rayos x, caracterizado por que comprende:

- extraer una muestra en continuo de una suspensión concentrada de partículas,

- crear una lámina de espesor controlado de la muestra,

- aplicar rayos X a través de la lámina de la muestra,

- captar los rayos X que atraviesan la lámina y generar imágenes digitales de dicha lámina, mediante un sensor matricial,

- analizar las imágenes digitales y obtener la medida en continuo de las partículas en suspensión de la muestra.

12. - Método, según la reivindicación 11, que comprende una fase de limpieza de las zonas de circulación de la muestra.

13. - Método, según la reivindicación 11, que comprende retornar la muestra de la suspensión diluida, al lugar de donde se extrajo.

14. - Método, según la reivindicación 11, que comprende obtener imágenes de los cortes característicos de la distribución de tamaños de partícula.

15. - Método, según la reivindicación 11, que comprende evaluar el estado de un tamiz a la salida de la corriente molturada mediante la detección de partículas con un tamaño mayor al establecido por dichos tamices de seguridad.

16. - Método, según la reivindicación 11, donde el espesor de la lámina está comprendido entre 1.500 y 2.000 micras.