Medición de caudal mediante sonda de sujeción en circuitos de refrigeración
En los circuitos de refrigeración del proyecto de investigación sobre fusión Wendelstein 7-X se han instalado caudalímetros fijos KATflow 150. Estos sistemas de montaje por abrazadera permiten realizar mediciones fiables de agua desionizada en condiciones extremas de temperatura y campo magnético.
Cuatro KATflow 150 con interfaz Profibus DP en una aplicación a alta temperatura de un reactor de fusión
La energía de fusión tiene el potencial de proporcionar a la humanidad energía ilimitada y libre de carbono, y de liberarnos de las limitaciones impuestas por los recursos limitados de nuestro planeta. Nos complace que la tecnología de medición de caudal por ultrasonidos «clamp-on» no invasiva de Katronic contribuya, aunque sea en pequeña medida, al funcionamiento de una ambiciosa instalación de investigación experimental: el Wendelstein 7-X, un denominado «estelarator», situado en Greifswald, Alemania. Junto con el proyecto Tokamak ITER, en el sur de Francia, ambos proyectos a largo plazo pretenden tender un puente hacia las primeras centrales de fusión del futuro. Un factor decisivo para el éxito de la aplicación del medidor de caudal fue la insensibilidad de los dispositivos de Katronic frente a los enormes campos magnéticos, que son fundamentales para la confinamiento del plasma de alta energía.
La instalación Wendelstein 7-X tiene una estructura anular, con un diámetro de unos 14 m. Se basa en el principio del stellarator, en el que únicamente bobinas externas generan el campo magnético retorcido con el que se confina el plasma de hidrógeno necesario para la fusión nuclear. Las temperaturas del plasma necesarias se generan, entre otras cosas, mediante un sistema ICRH (Ion Cyclotron Resonance Heating). Para ello, se emiten ondas de radio en la banda de onda corta hacia el plasma a través de una antena; estas son absorbidas allí —de forma similar a un microondas— y elevan así la temperatura del plasma hasta los 150 millones de °C. Esta temperatura tan elevada, la densidad de partículas y un aislamiento térmico suficiente del plasma respecto al entorno son los tres requisitos necesarios para que un experimento de fusión en laboratorio con un campo magnético de estelarator tenga éxito.
El entorno de instalación de esta antena del ICRH incluye ocho circuitos de refrigeración por agua. Estos son componentes técnicos esenciales para evitar que la antena se sobrecaliente durante los experimentos de fusión en curso. La temperatura del agua en las tuberías, de 8 mm de diámetro interior, es de 150 °C a una presión máxima de 26 bar, y el caudal de agua de todos los circuitos es de 5,4 m³/h. Para medir el caudal, en un primer momento se realizaron ensayos con caudalímetros de flotador. Sin embargo, la influencia del campo magnético del sistema de bobinas del stellarator era demasiado fuerte, por lo que esta técnica no dio buenos resultados. Los científicos y científicas participantes en los experimentos de Wendelstein, pertenecientes al LPP-ERM/KMS, al Instituto Max Planck de Física del Plasma (IPP) y al Centro de Investigación de Jülich, se vieron obligados a desarrollar otra solución. Debido al agua desionizada utilizada en los circuitos de refrigeración, un segundo criterio de selección consistió en encontrar un sistema de medición de caudal que funcionara independientemente de la conductividad del fluido.
El caudalímetro fijo de tipo «clamp-on» KATflow 150 de Katronic cumplió finalmente todos los requisitos técnicos exigidos a un nuevo sistema de medición de caudal. Todos los componentes de la unidad de medición debían ser no magnéticos, lo que se garantizaba gracias a la carcasa de plástico de la unidad de medición de caudal y a la carcasa de acero inoxidable de los sensores utilizados. Además, no debía producirse ningún contacto directo con el fluido. Esto se garantizó mediante la fijación del transductor con tecnología «clamp-on» y gracias a que las mediciones se podían realizar a través de las paredes de los tubos de acero inoxidable instalados en los circuitos de refrigeración.
Los cuatro caudalímetros del tipo KATflow 150 instalados en total han demostrado su eficacia en esta aplicación a alta temperatura (mediciones de caudal de agua desionizada a 150 °C). A través de la interfaz Profibus-DP, solicitada por el cliente, integrada en cada unidad, los datos de medición pueden transmitirse a una velocidad de 4 Mbit/s. Gracias a la medición combinada de la temperatura, los científicos pueden ahora, además de verificar el caudal necesario para la refrigeración de la antena del ICRH, leer y evaluar la potencia disipada y la energía de la radiación de ondas de radio.
Socios del proyecto:
Laboratorio de Física del Plasma, Escuela Real Militar-Koninklijke Militaire School (LPP-ERM/KMS), Clúster Trilateral Euregio (TEC), Bruselas
Forschungszentrum Jülich GmbH, Instituto de Investigación Energética y Climática — Física del Plasma, Trilateral Euregio Cluster (TEC)
Centro de Investigación de Jülich GmbH, Instituto Central de Ingeniería, Electrónica y Análisis
Instituto Max Planck de Física del Plasma (IPP), Greifswald
