Control de nivel de llenado confiable en la minería del carbón

Control de nivel de llenado confiable en la minería del carbón

Las explotaciones mineras y los pozos a cielo abierto son bien conocidos por sus duras condiciones de trabajo. Esto se aplica igualmente a la tecnología implementada. Por esta razón, se requieren instrumentos de medición duraderos y confiables para monitorear las aguas subterráneas.

El diez por ciento de los depósitos de carbón en todo el mundo se encuentran en Australia. Como principal exportador de carbón, la minería del carbón es uno de los factores económicos más importantes de ese continente. Sin embargo, la extracción de la materia prima no está exenta de peligros. El operador de un australiano a cielo abierto se acercó a STS mientras buscaban un transmisor de presión para monitorear el nivel de llenado a profundidades de hasta 400 metros.

Las operaciones mineras tienen una gran influencia sobre las aguas subterráneas. Los acuíferos que rodean la mina de carbón se drenan, lo que conduce al hundimiento del cono de depresión. Este hundimiento altera las condiciones hidrológicas naturales subterráneas al crear caminos de menor resistencia. Esto conduce a que el agua penetre en los trabajos subterráneos y a cielo abierto. Como resultado, el agua que ingresa constantemente debe bombearse continuamente fuera del pozo para garantizar una extracción suave y segura de la materia prima.

Para controlar el nivel del agua subterránea y las bombas utilizadas para el drenaje, los operadores de la a cielo abierto necesitaban un transmisor de presión para monitorear el nivel de llenado de acuerdo con sus requisitos. Se estipuló un rango de presión de 0 a 40 bar (400 mH2O) de presión ambiental, así como una longitud de cable de 400 metros. La solución ofrecida por STS en ese momento, el ATM.ECO/N/EX, solo leía a 25 bar y tenía una longitud de cable de 250 metros.

Pero dado que STS está especializado en soluciones de medición de presión específicas para el cliente, este desafío no fue un gran obstáculo. En poco tiempo, se desarrolló el transmisor de presión a prueba de fallos ATM.1ST / N / Ex para nivel de llenado, que cumple con precisión los requisitos de presión y está equipado con un cable de Teflon® de 400 metros de longitud. También es convincente por su precisión de solo 0,1%. STS decidió desarrollar el nuevo transmisor de presión para un cable de Teflon®, un prensaestopas sellado y un tubo de aireación abierto (PUR es demasiado blando para esto). Además, también hay un lastre atornillado para asegurar una posición de medición recta y estable. El alivio de tensión de acero inoxidable, que también se puede atornillar, ayuda a aliviar la tensión en el cable eléctrico. Como indica la designación del dispositivo, también lleva la certificación EX para su uso en áreas explosivas.

ATM.1ST / N / Ex con alivio de tensión (izquierda) y contrapeso (derecha), cada uno atornillable.

Siendo un experto en transmisores de presión específicos del cliente, STS pudo suministrar el ATM.1ST / N / Ex en menos de tres semanas.

Resumen de las características del ATM.1ST / N / Ex:

  • Rango de presión: 1… 250 mH2O
  • Precisión: ≤ ± 0,1 / 0,05% FS
  • Error total: ≤ ± 0,30% FS (-5… 50 ° C)
  • Temperatura de funcionamiento: -5… 80 ° C
  • Temperatura del medio: -5… 80 ° C
  • Señal de salida: 4… 20 mA
  • Materiales: acero inoxidable, titanio
  • Compensación electrónica
  • Conexiones de proceso comunes disponibles
Aplicaciones de la tecnología de medición de presión en la industria marina

Aplicaciones de la tecnología de medición de presión en la industria marina

La tecnología de sensores juega un papel fundamental en el sector marítimo y más particularmente en la construcción naval. La medición confiable y precisa de la presión, la temperatura y otras variables dentro de varios tanques es una medida importante para prevenir el escape de fluidos agresivos, controlar los sistemas de circulación de agua en las operaciones de los barcos y también para garantizar un transporte sin problemas de carga a través de alta mar. 

La tecnología de sensores empleada aquí debe cumplir numerosos requisitos estrictos. Estos incluyen, sobre todo, que los materiales utilizados son lo suficientemente robustos para su uso a largo plazo. La electrónica también debe ser capaz de soportar las duras condiciones del mar abierto y, por lo tanto, debe ser muy duradera.

Seguimiento de cargas secas y líquidas

El componente principal del flete consiste en mercancías que se enviarán, y tanto las cargas secas como las líquidas se transportan por mar. Carga seca es el término que usamos cuando se transportan productos a granel, como cereales y piensos, así como productos por piezas que normalmente se almacenan en contenedores. Sin embargo, las cargas líquidas requieren una vigilancia especialmente cuidadosa y fiable, ya que aquí se transportan habitualmente sustancias muy sensibles, como gasolina, petróleo y gasóleo. Los productos empleados deben ser especialmente robustos y fiables para evitar el escape de sustancias líquidas agresivas y evitar así accidentes de las más graves consecuencias ecológicas. Esto significa que los sistemas sensoriales también deben satisfacer las más altas exigencias.

Tanques de agua dulce y aguas residuales

En los buques de carga, el agua dulce o potable se transporta en tanques especiales de agua potable o se obtiene del agua de mar mediante un tratamiento de purificación. La recogida, el tratamiento y la eliminación de las aguas residuales de los buques en los sistemas de almacenamiento interno también deben controlarse utilizando una tecnología adecuada. Dado que estas aguas residuales a menudo están contaminadas con sustancias nocivas, como aceites o agentes de limpieza, su procesamiento también está sujeto a ciertos requisitos adicionales. Los sistemas de tanques de agua dulce y de aguas residuales se verifican y monitorean mediante sensores incorporados. De esta manera, los sistemas se pueden monitorear de la manera más eficiente, lo que a su vez garantiza un suministro de agua óptimo en alta mar.

Tanques de lastre

Los tanques de lastre son una parte importante del transporte marítimo. Sin cargar estos tanques, los buques de carga grandes a veces pueden ser demasiado livianos, lo que significa que sus hélices no se asentarán lo suficientemente profundo en el agua. Para garantizar un calado suficiente, los tanques de lastre se llenan con agua de mar e incluso se pueden utilizar para equilibrar la distribución del peso en un barco cargado. Dado que estos tanques se llenan con agua salada, tanto los materiales de los tanques como los de los sensores utilizados deben ser robustos y resistentes a la corrosión. También se presta especial atención a la alta fiabilidad y durabilidad, ya que los sensores son prácticamente inaccesibles durante el funcionamiento a bordo y, por lo tanto, deben funcionar perfectamente sin ningún mantenimiento o inspección manual.

Imagen 1: Opciones de instalación de medición de nivel

Requisitos sensoriales especiales

En los últimos años, la industria de la construcción naval ha experimentado un flujo constante de innovaciones decisivas a las que la producción de sensores empleados debe responder en consecuencia. Mientras que hace 15 años, por ejemplo, la durabilidad del acero inoxidable seguía siendo una gran preocupación, hoy reconocemos que se corroe cuando entra en contacto con agua salada a temperaturas superiores a los 21 grados Celsius. Hoy en día, se emplea titanio. STS reconoció este problema desde el principio y fue una de las primeras empresas en utilizar titanio como componente permanente de su tecnología de detección. Este material extremadamente estable y robusto se utiliza ahora como estándar para una amplia gama de transmisores de presión y sondas de inmersión, ya que puede soportar incluso las condiciones más adversas.

Los requisitos tecnológicos cambian constantemente a medida que la industria misma crece y evoluciona. Lo que se consideraba estándar hace poco tiempo puede que ya sea inadecuado en la actualidad. Por lo tanto, STS se esfuerza constantemente por desarrollar aún más la tecnología de detección que ofrece, garantizando así confiabilidad y precisión, incluso frente a las crecientes demandas industriales. Sin embargo, esta flexibilidad y calidad se compensan con tasas de retorno insignificantemente bajas y es más probable que los problemas surjan de errores humanos que de una tecnología defectuosa.

Colaboración con sensores AE

Durante más de 27 años, STS ha estado trabajando junto con la empresa familiar holandesa AE Sensors . Juntos, suministramos su tecnología de detección a los principales clientes de la industria de la construcción naval. Con una consultoría competente y el uso de soluciones flexibles, nuestros clientes han podido registrar un enorme crecimiento en un corto período de tiempo. A estas alturas, se están construyendo buques de última generación en astilleros de todo el mundo, en los que se utilizan sondas sumergibles , transmisores de presión y otras soluciones a medida de STS. Sobre todo, nuestros sensores ATM / N y ATM.1ST / N fabricados en titanio y equipados con cables de teflón se utilizan de serie.

Gracias a su sistema de montaje modular, la instalación de nuestros sensores se puede adaptar de forma variable a los requisitos imperantes. También se pueden implementar varias formas de medición, como presión positiva o absoluta. La alta flexibilidad de STS y nuestro socio AE Sensors, combinada con la calidad impecable de nuestra tecnología de detección, ha demostrado su eficacia durante muchos años de cooperación con nuestros clientes satisfechos.

Proyecto de investigación DeichSCHUTZ: Medidas fiables para frentes de agua más seguros

Proyecto de investigación DeichSCHUTZ: Medidas fiables para frentes de agua más seguros

En situaciones de inundaciones extremas, las esperanzas de las personas afectadas residen únicamente en los diques: ¿aguantarán o no? La falla de un dique como la inundación de 2013 en Fischbeck (Sajonia-Anhalt) causó inmensos daños en las áreas del interior, que continúan teniendo un impacto hasta el día de hoy. El proyecto de investigación activo DeichSCHUTZ (protección de diques) en la Universidad de Ciencias Aplicadas de Bremen está involucrado en un innovador sistema de protección de diques que podría prevenir fallas de este tipo.

Solo en Alemania, los diques fluviales protegen muchos miles de kilómetros de tierras costeras. Desde la perspectiva tecnológica actual, se están construyendo diques que constan de tres zonas. Las zonas individuales, vistas desde el lado del agua hasta el lado de la tierra, se construyen con una porosidad en constante aumento, lo que permite un buen drenaje del cuerpo del dique durante una inundación. En Alemania, sin embargo, todavía existen muchos diques más antiguos de construcción homogénea, como el dique roto durante una inundación del río Elba en junio de 2013 en Fischbeck. A diferencia de los diques de 3 zonas, los más antiguos son particularmente vulnerables a las condiciones de inundaciones prolongadas. El agua se filtra en el propio dique y su línea de saturación se eleva aún más dentro del cuerpo del dique durante períodos prolongados de pleamar. Cuanto más se eleva esta línea de saturación, más el material molido está sujeto a flotabilidad.

La estabilización de un dique propenso a rupturas requiere enormes recursos en material y personal, así como en tiempo, lo que en situaciones de inundación aguda es un bien escaso. Por lo tanto, se requieren procedimientos de respaldo, que, en términos de personal, materiales y compromiso de tiempo, son más efectivos que colocar sacos de arena en capas en el lado terrestre del dique.

Innovador sistema de protección de diques móviles

Christopher Massolle, del Instituto de Ingeniería Hidráulica y Costera de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Bremen, está desarrollando una solución que puede reducir considerablemente la inversión de tiempo y personal. Con el proyecto de investigación DeichSCHUTZ, patrocinado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación, se está probando un innovador sistema móvil de protección de diques para estabilizar diques durante inundaciones. La tecnología de medición proporcionada por STS también juega un papel aquí.

Para evaluar el sistema de protección de diques móviles, se ha construido un dique de prueba en las instalaciones de la Agencia de Asistencia Técnica en Hoya. Para ello se ha construido una balsa de retención en forma de U que contiene unos 550 metros cúbicos de agua, en cuyo extremo se asienta un dique.

Como se puede ver en el video, se han desplegado numerosas tuberías en el lado izquierdo del dique. Dentro de estas tuberías se encuentran los sensores de nivel ATM / N producidos por STS. En la disposición de prueba, el depósito de retención se llena con agua subterránea. En condiciones que se acercan a la realidad, el agua debería elevarse a un nivel de 3 metros durante un período de 30 horas. El sensor de nivel sumergible  ATM / N  ahora mida el desarrollo de la línea de saturación durante este tiempo. Con un rango de presión de 1 a 250 mH2O y una precisión de ≤ ± 0,30% FS (-5 a 50 ° C), esto se registra hasta el último centímetro. Cuando la línea de saturación ya no sigue aumentando, el sistema de protección de diques móviles se introduce en la pendiente del lado del agua y debe evitar la penetración de agua de filtración. El cuerpo del dique ahora continúa drenando y la extensión del desplazamiento resultante en la línea de saturación debe ser medida por los sensores de nivel empleados. Es a partir de estos resultados medidos que finalmente se puede evaluar la funcionalidad del sistema de protección.

Monitoreo confiable de aguas subterráneas y superficiales en Rumania

Monitoreo confiable de aguas subterráneas y superficiales en Rumania

Se requiere un sistema de control sin interrupciones con función de alarma para realizar mediciones precisas del nivel del agua y realizar pronósticos confiables sobre el suministro de agua potable, así como para anticipar inundaciones. Junto con su socio MDS Electric Srl, STS ha implementado un sistema integral para la gestión de aguas subterráneas y superficiales en Rumania.

Rumanía extrae la mayor parte de su agua potable de aguas superficiales como el Danubio, así como de los recursos hídricos subterráneos. Por tanto, una buena gestión de estos recursos naturales es de gran importancia.

Para salvaguardar el suministro de agua potable y protegerse de las inundaciones, la nación ha invertido en una infraestructura integral de medición hidrológica.

Figura 1: Punto de medición de agua subterránea 

En colaboración con su socio rumano, MDS Electric Srl, se han instalado más de 700 registradores de datos y más de 350 sistemas de transmisión de datos en todo el país en los últimos años, también en áreas remotas. Por esta razón, la inversión principal fue en instrumentos de medición operados por baterías, que monitorean la situación actual en los ríos de la región del Danubio y también los recursos de agua subterránea en todo el país.

Soluciones de medición específicas para requisitos 

Esta fue una empresa compleja, ya que cada una de las sondas sumergibles y sistemas de transmisión de datos desplegados requirió una evaluación e intervención diferente para cumplir con sus respectivas condiciones. En este caso, también era indispensable una función de alarma automática, en caso de que se superaran los valores límite predefinidos.

El control permanente de los niveles de agua en nodos importantes del suministro de agua potable, así como en los ríos de la región del Danubio, depende de una multitud de requisitos:

  • Una transferencia de datos automatizada y confiable a través del protocolo M2M
  • Función de alarma automática cuando se excede el valor límite
  • Monitoreo del nivel y la temperatura del agua, así como la temperatura ambiente en algunos casos
  • Una solución de servidor con funciones para visualizar, evaluar y procesar los datos medidos, así como la base de datos integrada
  • Fácil instalación y mantenimiento.
  • Servicio de soporte in situ

Para la implementación de este proyecto a gran escala, STS optó por las mediciones de presión y temperatura para los registradores de datos DL / N 70 y WMS / GPRS / R / SDI-12 o, según los requisitos, el DTM.OCS.S / N Transmisor de datos digitales con interfaz Modbus para garantizar una medición de nivel de agua de alta precisión con una precisión del 0,03 por ciento en puntos críticos.

En asociación con nuestro socio local MDS Electric Srl, STS pudo realizar todo el sistema de monitoreo del nivel de agua desde una sola fuente. Cada punto de instalación fue evaluado in situ por expertos de MDS Electric Srl y STS, con el fin de instalar una solución personalizada en cada uno de esos puntos de medición individuales. También se garantiza la estabilidad a largo plazo de la tecnología de medición de presión implementada. El transmisor Modbus DTM.OCS.S / N sobresale en esta área con una excelente estabilidad a largo plazo de menos del 0.1 por ciento de error total por año. Debido a su bajo consumo de energía y diseño robusto, este sensor funciona en gran parte sin mantenimiento durante años.

Más ventajas del DTM.OCS.S / N en resumen:

  • Rango de presión: 200 mbar … 25 bar
  • Precisión: ≤ ± 0,15 / 0,05 / 0,03% FS
  • Temperatura de funcionamiento: -40… 85 ° C
  • Temperatura del medio: -5… 80 ° C
  • Interfaz: RS485 con Modbus RTU (protocolo estándar)
  • Implementación simple en sistemas Modbus existentes
  • Fácil ajuste de span y offset
Predicción de peligros naturales: medición de nivel de lagos glaciares

Predicción de peligros naturales: medición de nivel de lagos glaciares

Los glaciares de los Alpes están en constante cambio. Después del deshielo en primavera y verano, pueden aparecer lagos cuyos niveles deben ser monitoreados continuamente para detectar inundaciones en una etapa temprana. Aquí se necesitan sensores de presión, sensores de nivel y registradores de datos fiables.

La empresa suiza internacionalmente activa Geopraevent desarrolla, instala y opera sistemas de alarma y monitoreo de alto grado para diversos peligros naturales, como avalanchas, deslizamientos de tierra e inundaciones. Según la tarea y las condiciones locales, los sistemas se diseñan e implementan individualmente. En la actualidad, se utilizan más de 60 sistemas de alarma y monitorización en todo el mundo. Cuando se trata de catástrofes naturales, no hay margen de error a la luz de las consecuencias potencialmente graves: la tecnología empleada debe funcionar de manera sólida a lo largo de los años. Por esta razón, todos los sistemas están conectados a los servidores de Geopraevent para garantizar un funcionamiento sin fallos.

Medición de nivel en los lagos glaciares Plaine Morte

Esto también se aplica al sistema encargado en 2011 para monitorear el glaciar Plaine Morte en los Alpes de Berna. Tan pronto como las temperaturas suben en primavera, el glaciar comienza a derretirse (ver video). A partir de esta agua que se derrite, se forman tres lagos (Faverges, Vatseret y Strubel) cada año, que luego se hinchan constantemente durante los meses de verano antes de finalmente vaciarse nuevamente.

El peligro para el cercano municipio de Lenk, que encargó el proyecto, surge principalmente del lago Faverges. Como los otros dos lagos, existe solo en las estaciones más cálidas. Después de su recurrencia anual como resultado del derretimiento de la nieve y los glaciares, el agua se calienta en los meses siguientes y luego busca una salida a través del hielo. Poco a poco, este canal de salida se vuelve más descongelado, lo que significa que el caudal aumenta constantemente. En agosto de 2014, por ejemplo, unos 20 metros cúbicos de agua por segundo barrieron el Trüebach en dirección a Lenk. Después de vaciar el lago glaciar, el ciclo comenzará nuevamente la próxima primavera con el inicio del deshielo.

Para predecir la ruptura de un lago glacial e iniciar las medidas de protección adecuadas, Geopraevent instaló un sistema de monitoreo que garantiza un período de alerta temprana de uno a dos días. En la realización de este proyecto, debido a las excepcionales propiedades de estabilidad a largo plazo y otras, también se ha confiado en la tecnología de sensores STS.

Alarma de brote de lago glacial por SMS

Para poder estimar de manera realista el peligro que representan estos lagos glaciares en todo momento, se instalaron un total de cuatro estaciones de medición: una en cada uno de los tres lagos, así como otra en el Trüebach, por donde fluye el agua hacia el municipio de Lenk durante la descarga de un lago glaciar.

El nivel del agua de los tres lagos glaciares se controla mediante sensores de presión. Para ello, los instrumentos de medición se sumergen en la parte más profunda de cada lago mediante un helicóptero. Los sensores de nivel ATM / N / T se conectan mediante un cable a registradores de datos montados en una cumbrera. Los registradores de datos utilizados en este caso funcionan con energía solar y sus datos recopilados se transfieren a Geopraevent a través de telefonía móvil. Si el registrador de datos indica niveles descendentes, esta es una clara señal de vaciado en el lago glacial correspondiente.

Estación de medición en el glaciar Plaine Morte (Foto: Geopraevent)

Además de la medición del nivel del lago, un radar de nivel también monitorea el nivel de llenado del Trüebach. Esta estación de medición adicional sirve para verificar que el lago glaciar también se está vaciando hacia el propio municipio. Dado que el Trüebach pasa por un barranco, el radar de nivel está conectado a un cable de acero tendido a través del barranco y también está conectado a un registrador de datos a través de un cable.

Tan pronto como se superen o superen los valores límite predefinidos en los lagos y el Trüebach, los responsables de la comunidad de Lenk son informados automáticamente por SMS y pueden tomar las medidas adecuadas para evitar inundaciones.

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