Monitoreo continuo de la contaminación por polvo con sensores triboeléctricos y SCADA

Sielco Sistemi — 11/09/2018

Las plantas industriales que emiten partículas en los gases de combustión o en conductos de proceso suelen estar obligadas a mantener la concentración de polvo por debajo de un límite estricto, y demostrarlo solo con muestreos manuales periódicos deja largos puntos ciegos entre un control y el siguiente. Un sistema de monitoreo continuo de la contaminación por polvo, construido sobre la plataforma SCADA/HMI Winlog Evo y realizado en colaboración con Tribotecna Srl, cierra esa brecha: los sensores triboeléctricos instalados directamente en el conducto alimentan una red de módulos de adquisición que informan a un servidor de supervisión las 24 horas, de modo que los operadores ven una tendencia al alza y pueden actuar sobre la planta mucho antes de que la lectura supere el límite normativo, en lugar de descubrir una superación después de que ha ocurrido. La misma arquitectura también ofrece a los responsables de planta un registro continuo y defendible del desempeño de las emisiones, cada vez más exigido por las autoridades ambientales y las auditorías internas en lugar de unas pocas verificaciones puntuales al año.

Del muestreo periódico al control continuo de emisiones

Los controles periódicos, ya sean muestreos manuales extractivos o comprobaciones ocasionales con analizador portátil, solo producen una instantánea: indican cómo se comportaba la planta en el momento de la prueba, no lo que ocurrió una hora, un turno o un día antes o después. El control continuo sustituye esa instantánea por un flujo ininterrumpido de lecturas, y esto es precisamente lo que convierte un trámite de cumplimiento en una herramienta operativa de alerta temprana. Como los sensores observan las emisiones de material particulado en tiempo real, un filtro de mangas que empieza a fallar, un quemador que se desajusta o una anomalía de proceso que aumenta la carga de polvo aparece como una tendencia en la pantalla del operador mucho antes de lo que aparecería en una prueba programada, dando al personal de mantenimiento el margen necesario para intervenir antes de que se alcance realmente el valor límite de concentración de polvo, en lugar de después de que ya se haya producido una infracción. Con el tiempo, esos mismos datos de tendencia también ayudan a los ingenieros a planificar el reemplazo de filtros y el mantenimiento de quemadores según el desgaste real en lugar de un calendario fijo.

Cómo funciona el sensor triboeléctrico

El núcleo de la instalación es el sensor triboeléctrico, diseñado y fabricado por Tribotecna Srl e insertado como sonda directamente en la corriente de gas. Su principio de funcionamiento se basa en dos efectos físicos que ocurren cuando las partículas de polvo pasan junto a la punta de la sonda: la energía de impacto liberada cuando una partícula golpea la superficie sensible, y el campo eléctrico generado por las partículas contiguas que fluyen cerca de la sonda sin tocarla. Esta combinación es una aplicación industrial práctica del conocido efecto triboeléctrico, por el cual el contacto y la proximidad entre materiales de distinta composición genera una carga eléctrica medible. Como el sensor responde tanto al impacto como a la inducción, se mantiene sensible en un amplio rango de cargas de polvo y tamaños de partícula, que es exactamente lo que una planta necesita para detectar tanto una deriva lenta de fondo como un pico repentino.

Adquisición RS485, Modbus y supervisión con Winlog Evo

Las señales brutas producidas por cada sonda triboeléctrica tienen poca utilidad por sí solas; deben digitalizarse, marcarse con hora y ponerse a disposición de una sala de control. En esta instalación, los valores leídos por los sensores son recogidos por módulos de adquisición de datos distribuidos cerca de los puntos de medición y enlazados entre sí mediante una red RS485 con protocolo Modbus — un estándar serie maestro/esclavo documentado por la Modbus Organization y compatible con prácticamente todos los dispositivos de adquisición de datos industriales del mercado. El segmento RS485/Modbus llega a un servidor PC de supervisión con Winlog Evo, que consulta cada módulo, decodifica las lecturas y las convierte en las etiquetas, tendencias y alarmas con las que realmente trabajan los operadores. La biblioteca de drivers de comunicación de Winlog Evo es lo que facilita integrar este tipo de red de campo serie, y la lista de dispositivos compatibles permite a un ingeniero confirmar de antemano que un determinado módulo de adquisición o interfaz triboeléctrica ya es un dispositivo conocido y probado, y no un proyecto de integración a medida. Cuando una estación de monitoreo de polvo se encuentra en una chimenea remota o un sitio sin personal, SecureBridge ofrece a los ingenieros una forma cifrada y autenticada de acceder a los módulos de adquisición para diagnóstico o reconfiguración sin exponerlos directamente a internet.

Concentración instantánea, flujo másico y umbrales de alarma

Una vez que las lecturas llegan al servidor, Winlog Evo no se limita a mostrar una señal bruta: para cada sensor el sistema calcula y registra la concentración instantánea, la concentración media en un intervalo configurable, y el flujo másico de polvo que atraviesa el conducto. Estos tres valores se comparan continuamente con valores de referencia aceptables, de modo que cualquier deriva hacia una condición fuera de límite se reconoce a medida que se desarrolla, y no solo al final de un período de informe. Cuando un valor se acerca a su umbral o lo supera, la plataforma genera una condición de alarma marcada con hora, priorizada y almacenada, dando a los operadores un registro auditable de exactamente cuándo se acercó a un límite, en qué medida y durante cuánto tiempo — el tipo de evidencia que las autoridades ambientales suelen esperar junto con la propia medición bruta.

Informes diarios, almacenamiento en base de datos y acceso multi-cliente

Las lecturas continuas solo son tan útiles como los informes construidos sobre ellas, por lo que los datos recopilados se procesan para producir informes diarios que la dirección de la planta, el mantenimiento y el personal de cumplimiento ambiental pueden consultar en pantalla, en papel, o interrogando directamente la base de datos subyacente. Como Winlog Evo conserva este historial en forma estructurada y consultable en lugar de un registro propietario, los resúmenes de cumplimiento mensuales o anuales pueden construirse sin volver a introducir los datos manualmente. Una red TCP/IP extiende luego esa misma información a una o varias estaciones Cliente, de modo que todo lo que calcula el servidor — concentración instantánea, flujo másico, alarmas e informes históricos — está disponible donde se necesite en toda la planta, y el módulo de servidor web de Winlog Evo puede extender esa misma vista a un navegador para el personal que no está en un puesto SCADA dedicado.

¿Quiere ver cómo funciona en la práctica el monitoreo continuo de polvo? pruebe la demo web de Winlog Evo, descargue una versión de evaluación, o contacte con Sielco Sistemi para hablar de un proyecto de monitoreo de polvo triboeléctrico.

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