Medición del caudal con la tecnología Clamp-On en circuitos de refrigeración independientemente de las influencias del campo magnético

Cuatro KATflow 150 con interfaz Profibus DP en la aplicación de alta temperatura de un reactor de fusión

La energía de fusión ofrece la posibilidad de obtener una energía ilimitada y sin emisiones de carbono y de liberar a la humanidad de las limitaciones de los recursos de la Tierra. Nos complace que la tecnología de medición de flujo por ultrasonidos no invasiva de Katronic esté haciendo una pequeña contribución al funcionamiento de una ambiciosa instalación de investigación experimental, el Wendelstein 7-X, un llamado stellarator, en Greifswald, Alemania. Junto con el proyecto Tokamak ITER, en el sur de Francia, estos proyectos a largo plazo pretenden construir un puente hacia el futuro de las primeras centrales de fusión del mañana. La clave del éxito de la aplicación del caudalímetro fue la inmunidad del equipo de Katronic a los campos magnéticos masivos que son clave en la contención del plasma de alta energía implicado en la energía de fusión.

La instalación Wendelstein 7-X tiene forma de anillo con un diámetro de unos 14 m y se basa en el principio del stellarator, en el que sólo las bobinas externas generan el campo magnético retorcido utilizado para confinar el plasma de hidrógeno necesario para la fusión nuclear. Las temperaturas de plasma necesarias se generan, entre otras cosas, mediante un sistema ICRH (Ion Cyclotron Resonance Heating). Para ello, a través de una antena se irradian ondas de radio en el rango de onda corta hacia el plasma, donde son absorbidas -de forma similar a las microondas- y aumentan así la temperatura del plasma hasta 150 millones de °C. Esta elevadísima temperatura, la densidad de las partículas y el suficiente aislamiento térmico del plasma respecto al entorno son las tres condiciones necesarias para el éxito de un experimento de fusión en laboratorio con un campo magnético estelar.

El entorno de instalación de esta antena del ICRH incluye ocho circuitos de refrigeración por agua. Se trata de componentes técnicos esenciales para evitar el sobrecalentamiento de la antena 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 26 bares de presión máxima, y el caudal de agua de todos los circuitos es de 5,4 m³/h. Para la medición del caudal, se realizaron primero pruebas con caudalímetros de área variable. Sin embargo, la influencia del campo magnético del sistema de bobinas estelares era demasiado fuerte, por lo que esta técnica no tuvo éxito. Los científicos que participaron en los experimentos de Wendelstein en LPP-ERM/KMS, el Instituto Max Planck de Física del Plasma (IPP) y Forschungszentrum Jülich tuvieron entonces que encontrar una solución que no presentara este problema. Debido al agua desionizada utilizada en los circuitos de refrigeración, un segundo criterio de selección fue encontrar un sistema de medición de flujo que funcionara independientemente de la conductividad del medio.

El caudalímetro estacionario de pinza KATflow 150 de Katronic cumplía 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 garantizó con la carcasa de plástico de la unidad de medición de caudal y la carcasa de acero inoxidable de la tecnología de sensores utilizada. Además, no se permitía el contacto directo con el medio, lo que se garantizaba con el montaje del transductor mediante la tecnología clamp-on, y se realizaban mediciones a través de las paredes de las tuberías de acero inoxidable instaladas en los circuitos de refrigeración.

Los cuatro caudalímetros instalados del tipo KATflow 150 han demostrado su eficacia en esta aplicación de alta temperatura (mediciones de caudal de agua desionizada a 150° C). A través de la interfaz Profibus DP solicitada por el cliente en cada unidad, los datos de medición pueden transmitirse a 4 Mbit/s. Gracias a la medición combinada de la temperatura, los científicos pueden ahora leer y evaluar la potencia disipada y la energía de la radiación de las ondas de radio, además de verificar el caudal necesario para la refrigeración de la antena ICRH.

Socio del proyecto:

Laboratorio de Física del Plasma, Ecole Royale Militaire-Koninklijke Militaire School (LPP-ERM/KMS), Trilateral Euregio Cluster (TEC), Bruselas

Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung - Plasmaphysik, Trilateral Euregio Cluster (TEC)

Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP), Greifswald