ES2345737T3 - Procedimiento y dispositivo para la retirada de revestimientos sobre una estructura de metal. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la retirada de revestimientos (207) de una estructura de metal (206), incluyendo dicho dispositivo un generador de señal (201) que acciona una bobina de inducción (202) que está adaptada para colocarse sobre la estructura (206), una unidad de control (209, 312, 412) que incluye un sensor de temperatura (208), caracterizado porque el sensor de temperatura incluye un oscilador (307) con un circuito de resonancia (306) que incluye una bobina y un condensador, estando el circuito de resonancia colocado sobre una parte calentada de la estructura metálica, estando dicha unidad de control (312) adaptada para determinar la frecuencia de oscilación del oscilador y determinar la temperatura en la estructura de metal por debajo de las capas de corrosión y los otros revestimientos, estando la unidad de control (209, 312, 412) también adaptada para controlar la salida de potencia del generador de señal (201) en función de la temperatura determinada.
Description
Procedimiento y dispositivo para la retirada de
revestimientos sobre una estructura de metal.
La presente invención se refiere a un
dispositivo y procedimiento para retirar herrumbre y revestimientos
de la superficie de estructuras metálicas. La invención puede
encontrar aplicaciones en la industria del petróleo y de gas, para
el mantenimiento de oleoductos, plataformas marinas de petróleo y
productos químicos y tanques de petróleo, en ingeniería civil para
retirar herrumbre en los puentes u otras estructuras de metal, o en
el sector marítimo, por ejemplo, en barcos.
A partir de la patente noruega NO 314296
propiedad del presente solicitante, se conoce un dispositivo para
la retirada de herrumbre y pintura en los cascos de los barcos
utilizando calentamiento por inducción. Una unidad de calentamiento
por inducción portátil se coloca sobre la placa del casco. Dicha
unidad incluye una bobina de inducción accionada por un potente
generador de señales. El campo magnético de la bobina de inducción
creará corrientes inducidas en la placa de acero, que se
transformará en calor por las pérdidas óhmicas en el acero. El
calor elevará las capas de pintura y herrumbre debido tanto a la
temperatura como a las diferencias en los coeficientes de
expansión. El calor suministrado deberá ser suficiente para levantar
la pintura. Sin embargo, el recalentamiento debe evitarse para
prevenir la prevulcanización de la pintura y la emisión de gases
desagradables e insalubres. El sobrecalentamiento también puede ser
perjudicial para los objetos en el interior de las placas, en
particular si hay gases inflamables presentes, e incluso puede
templar el acero y cambiar sus propiedades de manera indeseable.
Por lo tanto, es muy importante controlar con precisión el calor
suministrado. La unidad descrita en el documento NO 314296 se mueve
de forma manual sobre el casco, y se moverá de manera natural con
una velocidad desigual. Para controlar el calor suministrado, una
rueda de tacómetro se monta en la unidad. La rueda traza el
movimiento y controla el campo de inducción, es decir, la unidad se
adapta para suministrar una cantidad controlada de energía por área.
Aunque el sistema del estado de la técnica controlará el calor
suministrado de una manera adecuada bajo condiciones ideales, tiene
un par de inconvenientes. Inicialmente, el sistema debe ajustarse
manualmente a las condiciones imperantes a bordo del buque en
cuestión, es decir, debe establecerse un valor medio que se adapte
al espesor medio de la capa de pintura. Como los trabajadores se
desplazan a otra parte de la nave, estas condiciones pueden cambiar
debido a los cambios en el grosor del herrumbre y la pintura, el
espesor y la conductividad del acero.
Se conoce a partir de la solicitud de patente
alemana DE 199 40 732 A1 retirar la capa externa de revestimientos
de torres de transmisión utilizando calentamiento por inducción de
alta frecuencia. Un sensor de infrarrojos se utiliza para medir la
temperatura de la superficie; la temperatura medida se utiliza como
una entrada para el control de la potencia de salida del
dispositivo de calentamiento por inducción.
También se conoce a partir de una solicitud de
patente francesa, FR 2 843 316 A1, utilizar calentamiento por
inducción para calentar estructuras magnéticas en vehículos. Una
pintura anticorrosiva, cera o similar se aplica a dicha estructura
y la estructura se calienta utilizando el calentamiento por
inducción causando así que la pintura anticorrosiva o cera sea
menos viscosa, haciendo más fácil esta baja viscosidad la
penetración del anticorrosivo. El uso de calentamiento por
inducción también asegurará un calentamiento más rápido con el uso
de menos potencia, lo que implica un enfriamiento rápido en
comparación con lo que se consigue utilizando calentamiento con
radiación o aire caliente forzado.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un dispositivo mejorado para la retirada de herrumbre y
revestimientos en placas de metal que evita el inconveniente de los
dispositivos de la técnica anterior.
Este objeto se consigue en la invención tal como
se reivindica en las reivindicaciones adjuntas. En particular,
según un primer aspecto, la invención se refiere a un dispositivo
para retirar revestimientos de una estructura de metal, incluyendo
dicho dispositivo un generador de señal que acciona una bobina de
inducción que está adaptada para colocarse sobre la estructura y
una unidad de control que incluye un sensor de temperatura y que
está adaptada para controlar salida de potencia del generador de
señal de acuerdo con la temperatura detectada. Si el sensor de
temperatura está adaptado para medir la temperatura en la estructura
de metal por debajo de las capas de corrosión y los otros
revestimientos y la salida potencia del generador de señal es una
función de la temperatura en la estructura metálica.
Según un segundo aspecto, la invención se
refiere a un procedimiento para retirar revestimientos sobre una
estructura metálica. Dicho procedimiento incluye inducir corrientes
alternas en la estructura, determinar una temperatura y controlar
la potencia de la corriente inducida de acuerdo con dicha
temperatura. El procedimiento también incluye medir la temperatura
en la estructura de metal por debajo de las capas de corrosión y los
otros revestimientos, y controlar la salida de potencia del
generador de señal (201) en función de la temperatura en la
estructura de metal por debajo de las capas de corrosión y los otros
revestimientos.
Otras realizaciones ventajosas de la invención
aparecen de las reivindicaciones dependientes adjuntas.
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La invención se describirá ahora en relación a
los dibujos adjuntos, en los que
La figura 1 es un diagrama de bloques
esquemático que muestra los principales componentes de un
dispositivo del estado de la técnica para la retirada de herrumbre
y revestimientos,
La figura 2 es un diagrama esquemático de un
dispositivo correspondiente según la presente invención,
La figura 3 es un diagrama que muestra un sensor
de temperatura para su uso en el dispositivo de la figura 2,
La figura 4 es una realización alternativa del
sensor de temperatura de la figura 3,
La figura 5 es un sensor de temperatura
alternativo para su utilización en el dispositivo mostrado en la
figura 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Un dispositivo del estado de la técnica para
retirar herrumbre y la pintura se muestra en la figura 1. En uso,
el dispositivo se coloca sobre una superficie de metal que está
cubierta con una capa de pintura y herrumbre 107. Esta capa puede,
por supuesto, incluir revestimientos y otros, tal como
revestimientos epoxi, caucho, retardadores de llama, otros varios
revestimientos para la evitar la contaminación de cascos de barcos,
etc. Una unidad de suministro de energía 101 acciona una bobina
102. La unidad de suministro de energía 101 actúa como un generador
de señal de potencia que suministra una fuerte señal CA. La bobina
102 creará un campo magnético alterno en la estructura de metal. El
campo magnético inducirá una corriente inducida en la lámina de
metal 106 que calentará el metal. Para controlar el calor inducido
en el acero, por ejemplo, si el dispositivo se mantiene
estacionario durante un momento, un tacómetro 104 u otro sensor de
movimiento mide el índice de desplazamiento del dispositivo. Una
unidad lógica 105 lee la salida del tacómetro 104 y la potencia
suministrada desde la unidad de suministro de energía 101. Se
produce una señal de control y se envía a la unidad de suministro
de energía 101. Este dispositivo de la técnica anterior se adapta
para suministrar una cantidad constante de calor por área de la
superficie de metal.
La figura 2 muestra un dispositivo
correspondiente diseñado según la presente invención. El dispositivo
incluye una unidad de suministro de energía 201 que acciona una
bobina 202, como en el dispositivo de la técnica anterior. Sin
embargo, este dispositivo incluye un sensor de temperatura 208 que
detecta la temperatura en la lámina de metal 206 por debajo del
dispositivo. Un microcontrolador 209 lee la salida desde el sensor
de temperatura 208 y la potencia suministrada desde la unidad de
suministro de energía 201. Se utiliza un algoritmo para encontrar
la potencia adecuada requerida, que se compara con la salida de
potencia real. Se produce una señal de control y se envía a la
unidad de suministro de energía 201. A continuación, la temperatura
en la placa siempre se puede mantener dentro de un intervalo de
valores aceptables, con independencia de las variables locales,
tales como el espesor de la placa o la presencia de objetos en el
interior de la lámina.
El sensor de temperatura 208 debe ser capaz de
medir la temperatura en la lámina de metal 206 por debajo del
revestimiento 207. Esto excluye el uso de dispositivos basados en la
medición de temperaturas sobre la superficie, tal como detectores
de rayos infrarrojos disponibles. Este requisito ha dictado el
desarrollo de sensores de temperatura apropiado para esta
aplicación.
La figura 3 muestra un circuito sensor de
temperatura inductivo. El sensor incluye un circuito oscilador cuya
frecuencia está determinada por un circuito de resonancia hecho de
una bobina L_{BOBINA} y una capacitancia en paralelo Cosc. El
circuito oscilador está conectado al microcontrolador 312.
La bobina L_{BOBINA} es un inductor de núcleo
de aire convencional, que cuando se acciona mediante una señal, se
acopla electromagnéticamente con la lámina de metal. Si el sensor se
coloca en proximidad con una estructura de acero, las bobinas del
oscilador se verán afectadas por el acero correspondiente a un
núcleo de hierro en una bobina resonadora común, aumentando su
inductancia. La invención es aplicable a otros metales, también
previendo que tengan propiedades magnéticas.
El circuito oscilador consiste en la
correspondiente bobina L_{BOBINA}, conectada a través de un cable
blindado a una capacitancia en paralelo Cosc y un amplificador no
inversor de ganancia muy alta 310. El circuito oscila a la
frecuencia natural de resonancia de la combinación LC, donde el
cambio de fase del bucle es cero y, por lo tanto, se produce una
retroalimentación positiva.
\newpage
La salida del oscilador es, nominalmente, una
onda cuadrada digital con frecuencia:
donde L_{BOBINA} es la
inductancia de la bobina, R_{BOBINA} es la pérdida en el circuito
y Cosc es la capacitancia del condensador externo. Cosc, por
supuesto, también algunas pérdidas internas, pero generalmente son
despreciables, comparadas con las pérdidas en la bobina y no se
incluye en la
fórmula.
L_{BOBINA} se ve afectada por la lámina de
metal, ya que es R_{BOBINA}. El oscilador inducirá una débil
corriente inducida en el metal y las pérdidas en este circuito
también se incluyen en R_{BOBINA}. Las pérdidas en la lámina de
metal son dependientes de la temperatura, y por lo tanto, la
frecuencia real del oscilador cambiará en respuesta a la
temperatura. La proximidad de la lámina de metal también afectará a
la inductancia de la bobina y, por lo tanto, a la frecuencia del
oscilador, pero la distancia al metal aquí se asume que es
constante, por lo cual este parámetro puede ser ignorado.
El hecho de que la inductancia también depende
de la proximidad al metal implica que este circuito también se
puede utilizar para medir la distancia a la lámina de metal, siempre
que la temperatura se mantenga constante.
Para un mejor rendimiento, un cable de calibre
pesado debe utilizarse en la bobina para reducir la R_{BOBINA}
interna. Además, C_{OSC} debe tener un coeficiente de temperatura
pequeño. Estas medidas prevén una baja variación de temperatura en
el oscilador.
La resistencia R_{BUCLE} en el bucle de
retroalimentación se ajusta idealmente de tal forma que es igual a
la impedancia del tanque LC en resonancia, dando así la mayor señal
posible en la entrada del amplificador y minimizando así el efecto
del ruido.
El ruido en la entrada del amplificador se
traduce en fluctuaciones de tiempo en la salida de onda cuadrada,
que afectan tanto a la frecuencia como al ciclo de trabajo de la
producción. Por lo tanto, la señal de salida del oscilador se pasa
a una fase Bucle Bloqueado de Fase IC 313, que elimina de forma
efectiva las fluctuaciones.
El microcontrolador 312 observa las salidas del
PLL 313. El microcontrolador está adaptado para calcular la
temperatura del metal a partir de estos datos.
Para mejorar la inmunidad al ruido, el
microcontrolador puede promediar varias lecturas de la
temperatura.
Para mejorar la estabilidad y la precisión del
sensor de temperatura, se puede incorporar un oscilador de
referencia en el circuito, tal como se muestra en la figura 4. Este
circuito incluye un primer oscilador 407 y un segundo oscilador 410
con circuitos de resonancia 406 y 409, respectivamente. Los
osciladores se colocan sobre el metal; el primer oscilador se
coloca en la zona caliente por debajo o cerca del calentador de
inducción, mientras que el segundo oscilador se coloca en la zona
fría fuera del área afectada por el calentador de inducción. La
señal desde cada oscilador se envía a una unidad de microcontrolador
412 que cuenta y compara las frecuencias de los osciladores. Para
cada señal, mide el tiempo requerido para que se produzcan 200
oscilaciones. El tiempo se mide en ciclos del reloj del procesador.
El microcontrolador 412 a continuación muestra estos datos en un
dispositivo de pantalla 414. Este es el microcontrolador indicado
como 209 en la figura 2, y 312 en la figura 3. El microcontrolador
está adaptado para producir una señal de salida que se utiliza para
controlar el generador de señal en la unidad de inducción, tal como
se explicó anteriormente. El circuito puede incluir bucles de
bloqueo de fase 413 a, b, para eliminar las fluctuaciones.
Un procedimiento alternativo para medir la
temperatura en el metal se muestra en la figura 5. El procedimiento
se basa en la medición de la velocidad de propagación de ondas
ultrasónicas en el metal.
La señal aplicada en el transductor A crea una
onda de ultrasonido que se desplaza desde A al detector en el punto
B. La señal aplicada podría ser un único pulso o una señal con una
frecuencia de barrido entre las dos frecuencias fa_{1} y
fa_{2}.
Esta onda de ultrasonido pasa por debajo de la
bobina de calentamiento que crea la temperatura T. La señal
detectada en B se mide en el dominio de tiempo como un retraso de
tiempo desde A a B o en el dominio de frecuencia.
El retraso o el espectro de frecuencia medido
será una función inequívoca de la temperatura promedio T en el área
calentada debajo de la bobina.
Los procedimientos utilizados para determinar la
temperatura en la lámina de metal pueden encontrar aplicaciones
diferentes que en dispositivos para la retirada de revestimiento de
metal. En la industria, a menudo puede ser necesario para
determinar la temperatura en una estructura de metal que no sea
fácilmente visible, es decir, que esté por debajo de una cubierta o
revestimiento de algún tipo, cuando estos procedimientos se pueden
utilizar con ventaja.
Claims (11)
1. Dispositivo para la retirada de
revestimientos (207) de una estructura de metal (206), incluyendo
dicho dispositivo un generador de señal (201) que acciona una
bobina de inducción (202) que está adaptada para colocarse sobre la
estructura (206),
una unidad de control (209, 312, 412) que
incluye un sensor de temperatura (208), caracterizado porque
el sensor de temperatura incluye un oscilador (307) con un circuito
de resonancia (306) que incluye una bobina y un condensador,
estando el circuito de resonancia colocado sobre una parte calentada
de la estructura metálica, estando dicha unidad de control (312)
adaptada para determinar la frecuencia de oscilación del oscilador y
determinar la temperatura en la estructura de metal por debajo de
las capas de corrosión y los otros revestimientos, estando la
unidad de control (209, 312, 412) también adaptada para controlar la
salida de potencia del generador de señal (201) en función de la
temperatura determinada.
2. Dispositivo para la retirada de
revestimientos (207) de una estructura de metal (206), incluyendo
dicho dispositivo un generador de señal (201) que acciona una
bobina de inducción (202) que está adaptada para colocarse sobre la
estructura (206),
una unidad de control (209, 312, 412) que
incluye un sensor de temperatura (208), caracterizado porque
el sensor de temperatura incluye un primer oscilador (407) con un
primer circuito de resonancia (406) que incluye una primera bobina
y un primer condensador, estando el primer circuito de resonancia
colocado en una parte calentada de la estructura metálica,
incluyendo un segundo oscilador (410) con un segundo circuito de
resonancia (409) una segunda bobina y un segundo condensador,
estando el segundo circuito de resonancia colocado sobre una parte
no calentada en la estructura de metal,
estando dicha unidad de control (412) adaptada
para determinar la diferencia entre las frecuencias del primer y
segundo oscilador y medir la temperatura en la estructura de metal
por debajo de las capas de corrosión y los otros revestimientos,
y
porque la unidad de control (209, 312, 412)
también está adaptada para controlar la potencia de salida del
generador de señal (201) en función de la temperatura medida.
3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el
que la unidad de control (412) está adaptada para producir una
señal de control que es una función de la diferencia entre dichos
valores de frecuencia.
4. Dispositivo según la reivindicación 3, en el
que la unidad de control (412) incluye un reloj, y está adaptada
para estimar dichas frecuencias contando un número predefinido de
períodos del oscilador en ciclos de reloj.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el
que el dispositivo incluye un primer y segundo bucle bloqueado de
fase dispuestos para recibir una señal de salida del primer y
segundo oscilador, respectivamente, y suministrar versiones limpias
de las señales a la unidad de control.
6. Dispositivo según la reivindicación 5, en el
que la unidad de control está adaptada para sumar una serie de
lecturas de diferencias de frecuencia, y calcular un promedio de
dichas diferencias de frecuencia.
7. Dispositivo para la retirada de
revestimientos (207) de una estructura de metal (206), incluyendo
dicho dispositivo un generador de señal (201) que acciona una
bobina de inducción (202) que está adaptada para colocarse sobre la
estructura (206),
una unidad de control (209, 312, 412) que
incluye un sensor de temperatura (208), caracterizado porque
el sensor de temperatura incluye un primer transductor (A) adaptado
para transmitir una señal ultrasónica en la estructura de metal, un
segundo transductor (13) adaptado para recibir dicha señal
ultrasónica, una unidad de procesador conectada a dicho primer y
segundo transductor y que está adaptada para determinar la
temperatura en la estructura de metal por debajo de las capas de
corrosión y los otros revestimientos, estando la unidad de control
(209, 312, 412) también adaptada para controlar la salida de
potencia del generador de señal (201) en función de la temperatura
determinada.
8. Procedimiento para la retirada de
revestimientos (207) sobre una estructura metálica (206), incluyendo
dicho procedimiento la inducción de corrientes alternas en la
estructura (206) y la determinación de la temperatura y el control
de la potencia de la corriente inducida de acuerdo con dicha
temperatura,
caracterizado porque la temperatura se
determina mediante la colocación de una primera bobina de un primer
circuito de resonancia en una parte calentada de la estructura
metálica, controlando dicho primer circuito de resonancia un primer
oscilador,
colocar de una segunda bobina de un segundo
circuito de resonancia en una parte no calentada de la estructura
metálica, controlando dicho segundo circuito de resonancia un
segundo oscilador,
determinar la diferencia entre las frecuencias
del primer y segundo osciladores, y determinar la temperatura en la
estructura de metal por debajo de las capas de corrosión y los otros
revestimientos en función de la diferencia de frecuencia, y
controlar la potencia en la corriente inducida
en función de la temperatura.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
incluyendo el procedimiento la limpieza de las señales desde el
primer y segundo oscilador con un primer y segundo bucle de bloqueo
de fase, respectivamente.
10. Procedimiento según la reivindicación 8,
incluyendo el procedimiento la suma de una serie de lecturas de
diferencias de frecuencia, y el cálculo de un promedio de dichas
diferencias de frecuencia.
11. Procedimiento para la retirada de
revestimientos (207) sobre una estructura de metal (206), incluyendo
dicho procedimiento inducir corrientes alternas en la estructura
(206) y determinar una temperatura y controlar la potencia de la
corriente inducida según dicha temperatura,
caracterizado porque la temperatura se
determina mediante la colocación de un primer transductor en dicha
estructura metálica, colocando un segundo transductor en la
estructura metálica, transmitiendo una señal ultrasónica entre
dichos primer y segundo transductor, y determinando la temperatura
en la estructura de metal por debajo de dichas capas en función de
una velocidad de propagación de la señal ultrasónica, y controlando
la potencia en la corriente inducida en función de la
temperatura.
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