Termografía infrarroja en I+D: monitorización de la temperatura en un proceso de absorción de CO2

La prevención y el control de emisiones gaseosas a la atmósfera constituye una de las principales preocupaciones medioambientales en la actualidad. La N-metildietanolamina (MDEA) es uno de los solventes más empleados en los procesos industriales de endulzamiento de hidrocarburos por absorción.
En la absorción con MDEA pueden aparecer gradientes de temperatura dependientes del tiempo, pudiendo estos influir significativamente en el proceso. La termografía infrarroja es una tecnología que permite determinar la distribución de temperaturas en la superficie de un cuerpo en tiempo real, a distancia y con gran precisión. En el presente trabajo se emplea la termografía infrarroja como herramienta para la monitorización de la temperatura de un proceso de captura de CO2. Los termogramas obtenidos (sistema de contacto indirecto) indican la variación de temperatura en la superficie de la columna durante el proceso de absorción. Para complementar el análisis infrarrojo, la adquisición de datos de temperatura se efectúa también mediante termopares (sistema de contacto directo) que registran el perfil de temperaturas en el seno de la fase líquida. El análisis y comparación de ambas series de datos de temperatura permitirá evaluar el comportamiento de la termografía infrarroja en este tipo de aplicaciones.

INTRODUCCIÓN

La prevención y el control de emisiones gaseosas a la atmósfera constituyen una de las principales preocupaciones medioambientales en la actualidad. Para reducir los elevados niveles de emisión de CO2 es preciso desarrollar tecnologías que contribuyan a lograr mejoras en este campo. De las distintas técnicas de captura de CO2, la absorción química con soluciones acuosas de alcanolaminas es una de las más importantes en la industria. La absorción es una operación unitaria consistente en la separación de uno o varios componentes solubles de una mezcla gaseosa, mediante disolución en un líquido con el cual se pone en contacto. Los solventes químicos reaccionan química y reversiblemente con los gases ácidos, por lo cual al elevar la temperatura se puede recuperar el solvente. La N-metildietanolamina (MDEA) es uno de los solventes más empleados en los procesos industriales de endulzamiento de hidrocarburos por absorción, debido a su alta capacidad de absorción a presión baja. Otras ventajas que presenta son sus bajos calores de reacción con gases ácidos, una elevada resistencia a la degradación, pocos problemas de corrosión y una gran selectividad en la absorción de H2S en presencia de CO2. En la absorción con MDEA pueden aparecer gradientes de temperatura dependientes del tiempo, aumentando la temperatura de la fase líquida en la zona interfacial gas-líquido debido a los calores de disolución y reacción [1]. Las propiedades físicas de las fases líquida y gaseosa dependen en gran medida de la temperatura. En algunos sistemas el aumento de temperatura es despreciable, sin embargo en otros influirá significativamente en el proceso.

La termografía infrarroja es una tecnología que permite determinar la distribución de temperaturas en la superficie de un cuerpo en tiempo real, a distancia y con gran precisión. Una cámara termográfica proporciona una imagen cuantificable en temperatura llamada termograma. A cada píxel de este termograma se le asocia un color, el cual representará una temperatura de acuerdo a una escala predeterminada. Cualquier cuerpo cuya temperatura supere el cero absoluto (0 K ó -273,15 ºC) radia energía electromagnética en la región infrarroja del espectro. Esta radiación es captada por el detector de infrarrojo, formando una imagen cuya información radiométrica permite determinar la distribución de temperaturas. La cantidad de energía radiada es función de la temperatura del cuerpo y de su emisividad, y está gobernada por las leyes de la radiación térmica. La emisividad es el parámetro de mayor importancia para obtener medidas precisas. Es característica de cada material, y afectará directamente a la radiación emitida por la superficie de la columna de absorción.

El campo de aplicación de la termografía infrarroja comprende una amplia variedad de áreas, abarcando tanto aplicaciones industriales como de I+D. Entre las aplicaciones más importantes de la termografía se destacan: localización de defectos en instalaciones eléctricas, detección de pérdidas energéticas en edificación y hornos, inspección de dispositivos mecánicos, detección de fugas en conducciones, análisis de materiales compuestos, control de procesos de fabricación, vigilancia y medicina. Debido a que no implica ningún contacto con el cuerpo bajo observación, se pueden realizan inspecciones con los sistemas funcionando bajo carga. Es una tecnología sobradamente contrastada [2], aunque en el campo de la monitorización de procesos de separación de contaminantes gaseosos no abunda la bibliografía al respecto. La mejora tanto de los equipos termográficos como del software de análisis anima a la búsqueda de nuevas aplicaciones de la termografía.

En el presente trabajo se emplea la termografía infrarroja como herramienta para la monitorización de la temperatura de un proceso de captura de CO2. Los termogramas obtenidos (sistema de contacto indirecto) indican la variación de temperatura en la superficie de la columna durante el proceso de absorción. Para complementar el análisis infrarrojo, la adquisición de datos de temperatura se efectúa también mediante termopares (sistema de contacto directo) que registran el perfil de temperaturas en el seno de la fase líquida. El análisis y comparación de ambas series de datos de temperatura permitirá evaluar el comportamiento de la termografía infrarroja en este tipo de aplicaciones.


Resumen e introducción del artículo publicado en el número 15 de Dínamo Técnica, revista gallega de energía

Autores:

Francisco Javier Tamajón Álvarez. Universidade de Vigo. Departamento de Enxeñaría Química.

Estrella Álvarez da Costa. Universidade de Vigo. Departamento de Enxeñaría Química.

Fernando Cerdeira Pérez. Universidade de Vigo. Departamento de Ingeniería Mecánica, Máquinas y Motores Térmicos y Fluídos.