Obtener la temperatura en una tubería sin perforar un agujero

Ken Leibig, director de ingeniería de Omega Engineering.

¿Tomar la temperatura de un fluido en movimiento dentro de una tubería sin insertar una sonda de temperatura y obtener una medición precisa a través de la temperatura externa de la tubería? Tienes que estar bromeando. ¿Es esto una especie de broma?

Esta fue mi primera impresión después de ver una nueva tecnología desarrollada por Omega Engineering y presentada en la reciente Conferencia de Fabricación y Automatización de Alimentos en línea de FE en el área de Expositores (consulte "Eventos" en el sitio web). Pero pensé que si alguien podía lograrlo, Omega podría hacerlo. Después de todo, Omega escribió el libro sobre la temperatura, hablando literalmente. No creo que The Temperature Handbook, de más de 1,000 páginas, esté más impreso, pero usted, como yo, puede tener una copia en un estante polvoriento en algún lugar.

OK, mi formación es en ingeniería eléctrica, así que no le tengo miedo a la electricidad. Sin embargo, con la plomería y las tuberías con fugas, esa es otra historia. A veces siento que tengo el toque de Midas inverso cuando se trata de válvulas y tuberías. Entonces, si odias la idea de jugar con las tuberías para obtener una lectura de la temperatura, este invento puede ser para ti. Simplemente lo ata o sujeta con abrazaderas a la tubería, algo que incluso yo puedo hacer sin alterar las tuberías.

El sensor de temperatura con abrazadera HANI se puede instalar en unos cinco segundos; no requiere cortes, perforaciones ni soldaduras; y proporciona precisión de nivel de sonda de inmersión. Al igual que lo que cabría esperar de una empresa de ingeniería, el término HANI es un acrónimo que en realidad significa "alta precisión, no invasivo". Al igual que con otros productos de sensor Omega, viene con una salida de 4-20 mA y se puede acoplar a controladores estándar y PLC con entradas de temperatura de 4-20 mA. El dispositivo también se puede acoplar a una puerta de enlace inalámbrica, y Ken Leibig, director de ingeniería de Omega, me dice que la compañía también está trabajando en opciones de comunicaciones digitales.

Ken es el exuberante inventor del sensor de temperatura HANI, y hablé con él para obtener más información sobre este dispositivo y el trabajo que se realizó en el diseño del sensor.

FE: Ken, no hay dudas de que varias aplicaciones industriales, además de alimentos y bebidas, podrían beneficiarse de una sonda de temperatura con abrazadera precisa. ¿Qué le llevó a desarrollar un sensor de temperatura de tubería no invasivo?

Ken Leibig: Aquí en Omega, siempre estamos tratando de hacer que la detección y la medición sean lo más fáciles posible para nuestros clientes. Entonces, naturalmente, cuando lanzamos la idea internamente, se convirtió en una sensación instantánea. Los casos de uso y los beneficios parecen crecer cada día.

FE: Alimentos y bebidas parece una buena aplicación para esta sonda. ¿Escuchó algo de personas de alimentos y bebidas que buscaban soluciones particulares?

Leibig: Sorprendentemente, nadie nos pidió algo como esto directamente. Los clientes de alimentos y bebidas han vivido con sondas invasivas como un mal necesario para siempre. Antes de HANI, la única forma de obtener una lectura de temperatura rápida y precisa era colocar una sonda en las líneas de proceso. Después de que se nos ocurrió la idea, salimos y comenzamos a hablar directamente con los clientes para validar nuestras creencias. Durante el desarrollo inicial, un cliente habló sobre el proceso de mover una de sus sondas invasivas aguas abajo para obtener una lectura de temperatura más cercana a su línea de enlatado. Los costos para cerrar su línea de producción por un día y traer un soldador sanitario solo para mover un lugar de detección 8 pies fueron tremendos. Tenemos muchos clientes más pequeños que simplemente no pueden permitirse agregar nuevas ubicaciones de detección de sonda de inmersión. Con la capacidad de sujetar, leer la temperatura, desconectar y reubicar en solo minutos, el HANI cambia las reglas del juego. También tenemos clientes más grandes que hacen alimentos con inclusiones (es decir, helado con chispas de chocolate). En estas aplicaciones, las sondas de inmersión se recubren con el producto y, con el tiempo, pierden precisión, responden más lentamente a los cambios de temperatura, se vuelven difíciles de limpiar y, a veces, incluso se rompen en el proceso. Hay cientos de casos de uso más allá de estos dos, y cuando revisa todos los puntos débiles de la detección de inmersión juntos, se convierte en una obviedad que la detección no invasiva es la solución.

FE: ¿Omega ya solicitó una patente?

Leibig:Sí, presentamos una solicitud de patente provisional para esta invención en febrero de 2021.

FE: ¿Bajo qué principio funciona el sensor?

Leibig:La base es la ley de conducción de calor de Fourier, q = -k∇T.

FE: Omega promete una precisión tan buena como la de una sonda de inmersión. ¿Cómo haces eso?

Leibig: Si medimos la temperatura en el exterior de la tubería, la cantidad de pérdida de calor de la tubería y conocemos algunas cosas comunes sobre la tubería en sí (es decir, conductividad térmica, espesor y diámetro), podemos reorganizar la Ley de Fourier para determinar la temperatura. en el interior de la tubería. Tomamos este principio, lo empaquetamos de una manera innovadora y desarrollamos un algoritmo patentado para optimizar el tiempo de respuesta y la precisión del sensor.

FE: ¿Qué tipos de tubería metálica se pueden utilizar y qué espesores? ¿Qué pasa con los diámetros?

Leibig: Todos ellos. El diseño mecánico se optimiza en función del diámetro de la tubería del cliente, pero eso es lo único que debe especificarse en el momento del pedido. Actualmente, podemos hacer cualquier tamaño de tubería de una pulgada o más, pero pronto también deberíamos tener algo para tuberías más pequeñas. Dejamos las características de la tubería, como la conductividad térmica, el grosor y el diámetro, como parámetros de entrada modificables por el usuario para nuestro algoritmo. Los sensores vienen preconfigurados para acero inoxidable y espesor de pared estándar. Proporcionamos un software gratuito llamado Omega Sync que los clientes pueden usar para cambiar la configuración del sensor si desean elegir un material que no sea acero inoxidable o especificar una tubería de pared más gruesa. Dado que la mayoría de los clientes no conocen la conductividad térmica de las tuberías que utilizan, precargamos una lista de materiales comunes que utilizan nuestros clientes, como acero inoxidable, acero al carbono, acero galvanizado, cobre, latón y aluminio. Las tuberías de plástico y vidrio están actualmente en desarrollo.

FE: ¿Cómo se configura y calibra el sensor de temperatura? ¿Qué software se requiere?

Leibig: Para montarlo, todo lo que tiene que hacer es enrollar la correa del sensor alrededor de la tubería y tirar del mecanismo de cierre rápido, que establece automáticamente la tensión para el diámetro de tubería especificado. Uno de nuestros clientes de la cervecería lo describió como "literalmente, lo más fácil que he hecho". Se tarda 10 segundos en desempaquetar y montar. Eléctricamente, hay dos formas de conectar. La primera es con un sistema analógico de 4-20 mA alimentado por lazo, que suele ser la preferencia cuando un cliente desea que el sensor esté cableado para monitoreo y control a largo plazo. Si prefiere tomar lecturas de temperatura digitales ad-hoc fáciles, puede usar un cable IF-001 M12 a USB para conectar el sensor a su computadora portátil y usar nuestro software gratuito Omega Sync para leer y registrar los datos de temperatura. Cada sensor recibe una calibración estándar de dos puntos de fábrica; por lo tanto, si está utilizando una tubería sanitaria de acero inoxidable de pared estándar, el sensor es plug and play. Si está utilizando un material de tubería diferente o un grosor de pared no estándar, simplemente use el cable M12 a USB y Omega Sync para cambiar la configuración.

FE: ¿Cuáles son los medios de proceso que se pueden medir? ¿Cuál es la temperatura ambiente recomendada en la habitación donde se verificará la temperatura de las tuberías?

Leibig: Actualmente, admitimos la mayoría de los medios de proceso líquidos. Todavía no admitimos fluidos en forma de gas. La especificación de precisión (±0,5 °C) se desarrolló en torno a fluidos a base de agua y se ha validado en aplicaciones de clientes para fluidos como cerveza, helado, pasta de tomate y mezclas de glicol/agua al 50/50. Sospechamos que los fluidos con conductividades térmicas bajas, viscosidades altas y tasas de flujo bajas serán menos precisos desde el primer momento, pero a través de Omega Sync, los clientes pueden realizar una calibración de uno o dos puntos en su propia aplicación para llevar la precisión dentro de la anunciado ±0.5°C para aplicaciones sanitarias. La temperatura ambiente recomendada es de 0 a 40 °C.

FE: Dado que este dispositivo no tiene conexión interna con los medios del proceso, ¿está autorizado para aplicaciones sanitarias?

Leibig: Los estándares actuales de la industria sanitaria (como 3-A) se ocupan principalmente de los requisitos de la superficie de contacto del producto (es decir, acabado de la superficie, radios mínimos, etc. o todas las superficies de contacto con los alimentos). Dado que HANI no se pone en contacto con los medios del proceso, la mayoría de los requisitos estándar no se aplican. Por supuesto, hay algunas pautas generales sobre las superficies que no están en contacto con el producto (principalmente sobre la facilidad de limpieza) que hemos diseñado. Planeamos avanzar con la certificación oficial 3-A en los próximos meses, pero ninguno de nuestros clientes actuales de alimentos y bebidas la ha requerido, ya que el HANI es completamente no invasivo.

FE: ¿Cómo se compara esta tecnología con otros sensores de temperatura en el mercado? ¿Alguien más está haciendo este tipo de sensor que usted conozca? Si es así, ¿en qué se diferencia HANI de los demás?

Leibig: El HANI es el único sensor de temperatura en el mercado que utiliza un sensor de flujo de calor de película delgada para ayudar en el cálculo de la temperatura. Esto y el algoritmo patentado son la base de la solicitud de patente y son los que permiten que el sensor Omega HANI tenga la mejor precisión (±0,5 °C) y tiempos de respuesta (t63 = 5 segundos) en el mercado para sensores de temperatura no invasivos. De hecho, el HANI es el único sensor de temperatura no invasivo que tiene tiempos de respuesta y precisiones comparables a un sensor de temperatura RTD de inmersión. También es el único sensor de este tipo que se puede montar en tan solo unos segundos y sin herramientas. Y también debo mencionar que el HANI es menos costoso que los otros sensores de temperatura no invasivos del mercado.

FE: ¿Este sensor está disponible ahora? ¿Hay alguien en alimentos y bebidas usando el dispositivo y, de ser así, cuáles han sido sus reacciones?

Leibig: Puede comprar versiones de tuberías tanto industriales como sanitarias de nuestro HANI en nuestro sitio web. Tenemos muchos clientes en alimentos y bebidas que ya usan HANI en cervecerías, plantas de pasteurización de leche, plantas de helados, plantas de yogur, líneas de enlatado y más. A través del desarrollo de este producto, hemos conocido a muchas personas excelentes que estaban dispuestas a probarlo y brindarnos excelentes comentarios. Su reacción inicial es: "Wow, ¿cómo haces eso?" Y luego: "Genial, ¿dónde puedo comprar uno?" Tuvimos un stand en la Craft Brewer's Conference en Denver hace un par de meses, y debo haber escuchado "¡Esto es perfecto para mi golpe de gracia!" unas cien veces. Saucy Brew Works en Cleveland fue una de las primeras cervecerías en adoptar la tecnología.

FE: ¿Qué sigue para esta tecnología?

Leibig: Continuamente lanzamos nuevos tamaños de tubería en nuestro sitio web a medida que encontramos nuevas aplicaciones, pero las tuberías son solo una de las aplicaciones que nos interesan actualmente. En realidad, ahora estamos trabajando con algunos OEM para desarrollar esta tecnología para aplicaciones farmacéuticas y de alimentos y bebidas en tanques y calderas.

FE: ¿Algo que olvidé preguntar que sea importante?

Leibig:El HANI tiene una salida analógica de 4-20 mA, pero también es un sensor inteligente que está listo para IIoT/Cloud para el monitoreo inalámbrico con el ecosistema Layer N de Omega.

Para obtener información técnica, lea la Guía del usuario de Omega HANI: https://assets.omega.com/manuals/HTS-HANI-CLAMP-S_Manual.pdf.