Espectroscopia Ultrasónica

La espectroscopia ultrasónica es la ciencia del comportamiento de propagación de ondas ultrasónicas, debido a cambios en el medio ambiente. En la mayoría de los casos, se disparan pulsos ultrasónicos (sonido de alta frecuencia) al medio y los ecos devueltos se evalúan en una computadora. Esta tecnología está muy difundida en la naturaleza (los murciélagos y los delfines utilizan esta tecnología para detectar movimientos u objetos en su entorno), en la pesca (para detectar bancos de peces o determinar la profundidad del mar), en aplicaciones médicas (mientras observan a los niños no nacidos en el vientre materno o para otras aplicaciones médicas) y en la industria de flujómetros ultrasónicos o para aplicaciones de Ensayos No-Destructivos NDT

Arenal PCS estudia su comportamiento para determinar las propiedades de los fluidos. El hecho es que todos los fluidos absorben, reflejan y transmiten pulsos ultrasónicos de manera diferente. Como en la mayoría de procesos con tuberías o tanques está presente el mismo tipo de líquido, se puede determinar la concentración de sólidos disueltos o suspendidos, la temperatura y la densidad.

Como espectroscopia ultrasónica…

• es una propiedad física y una tecnología no destructiva
• no consume productos químicos ni reactivos
• es de tamaño pequeño y peso ligero
• puede medir a una frecuencia de repetición de 1000 Hz
• puede medir a distancia
• puede fabricarse intrínsecamente o a prueba de explosiones
• se puede hacer para aplicaciones sanitarias 
• se puede usar bajo el agua
• se puede utilizar a altas o bajas temperaturas
• no necesita consumibles
• no se desvía y no necesita recalibración o mantenimiento frecuente (o ninguno)
• se puede fabricar en diferentes formas y materiales
• consume muy poca energía

…esta es una de las tecnologías de análisis de procesos del presente y del futuro...

¿Qué productos se requieren para la espectroscopia ultrasónica?

Una configuración completa para la espectroscopia ultrasónica consta siempre de las siguientes partes:

• Analizador de control de procesos (PCA)
• Cable 2x2 de PCA a UDT
• Transmisor de densidad ultrasónica (UDT)
• Cable coaxial de UDT a UDP
• Sensor de densidad ultrasónica (UDP)
• Bloques de muestreo de teflón o POM

Conectados entre sí, las siguientes palabras explican cómo funciona:

El PCA es un PLC/analizador basado en ProFace HMI que recupera datos de medición de los transmisores conectados en el campo. Estos datos se validan y calculan en parámetros específicos del cliente, como densidad, flujo másico, eficiencia o cualquier cosa. El PCA visualiza estos resultados y se encarga de la conectividad con otros PLC.
Mientras alimenta el PCA, el PCA alimenta el UDT. En el UDT, se crean pulsos de voltaje y se envían a través del cable coaxial al UDP. El UDP es el sensor de densidad ultrasónica y consta de un material piezosensible, que reacciona al pulso de forma intensa generando ondas ultrasónicas. Estas ondas se transmiten a la sonda. En los cambios de impedancias acústicas de un material a otro material, una parte del eco se refleja de vuelta al elemento piezoeléctrico. Estas ondas ultrasónicas, como magia, se convierten en una señal de voltaje, como un seno. El sensor está hecho de tal manera que se forman y convierten muchos reflejos. Estos se miden y almacenan en el UDT. Estos resultados se promedian y se determina el coeficiente de desviación para un análisis posterior.
Como se mencionó anteriormente, medir la impedancia acústica de los materiales es una de las propiedades clave importantes que analizamos. Pero también la velocidad del sonido en el material es de suma importancia. Al combinar estas medidas, la propiedad física de la "densidad" del material (o fluido) se determina con precisión. Además, midiendo la atenuación o el amortiguamiento de la señal, también se determina la concentración de sólidos en suspensión.
Estas propiedades se pueden explicar con más detalle en los siguientes ecos:

Uno de los ecos que regresa al piezo es el del reflector. En el agua, el eco se ve como arriba. La forma del eco depende del tipo de transductor y de la configuración del generador de impulsos.
En un momento determinado, el eco vuelve al piezoeléctrico. La vibración de la onda se convierte en una amplitud de voltaje y el transmisor la lee. Un poco más tarde, un segundo eco regresa al transmisor, que es un reflejo causado por el primer eco. Es menor, porque el sensor, el elemento piezoeléctrico y el agua absorben algo de energía.
Supongamos que introducimos la sonda en agua salada. Se forma el siguiente gráfico:

El eco vuelve antes a nuestra unidad. Eso significa que la velocidad del sonido es mayor que la del agua salada. Como esta es una propiedad física de la sal, mediante la realización de múltiples calibraciones, podemos determinar la concentración de la sal. Tal calibración es válida para siempre, siempre que el medio sea agua salada. Suponga que el agua salada contiene arena, que está presente en el sensor. La altura de los ecos disminuirá significativamente, lo que se registra en el transmisor y se determina el % en peso de sólidos suspendidos. En el caso de burbujas de aire, los reflejos aumentan, lo que de otro modo no sería posible. Se da una alarma ya que el eco puede perderse de vez en cuando. Combinando la tecnología de espectroscopía ultrasónica con otras tecnologías de medición analítica, como conductividad, pH, espectroscopía UVVIS, Arenal puede determinar concentraciones de sólidos disueltos en aún más líquidos.

Aplicaciones: Además de las aplicaciones de este sitio web, Arenal se centra en:

1. Monitoreo de la densidad de lodos para reemplazar los analizadores nucleares. Las aplicaciones se pueden encontrar en la minería, dragado, perforación. A continuación, se puede ver cuatro imágenes de una brida wafer de 1-1/2" para monitorear la densidad de lodos, TTS (Totalidad de Sólidos Suspendidos) y TDS (Totalidad de Sólidos Disueltos). En el caso de diámetros de tubería más grandes, solo se ofrece monitoreo de densidad. La electrónica está integrada en una pequeña caja de conexiones a prueba de agua y está encapsulada en una carcasa de polietileno para ofrecer soluciones para aplicaciones sumergibles. Se pueden agregar múltiples sensores al wafer, por ejemplo, presión y flujo.

2. Monitoreo de concentración de muchos químicos industriales, como bases, sales, ácidos, aceites;

3. Monitoreo de contaminaciones en líquidos puros, como en agua destilada / desionizada y alarmas en caso de cambios;

4. Seguimiento de procesos completos, como mezcla, cristalización, sedimentación, separación;

5. Monitoreo de derrames en las líneas de alcantarillado o en el monitoreo de aguas fluviales;

6. Monitoreo de DQO (contaminación orgánica) en líneas de aguas residuales para plantas de tratamiento WWTP y en varios tipos de industrias.