NOLDOR S.R.L. dispone de una amplia oferta de servicios, desarrollos y estudios vinculados con la ingeniería, la industria y la hidrología, pero su principal especialidad la constituyen las aplicaciones de radioisótopos en esas áreas, en particular los instrumentos y sistemas nucleares de medición y control para uso industrial y los estudios de procesos mediante el empleo de radiotrazadores.

En este contexto, cuenta con la capacidad de respuesta necesaria como para encarar servicios tales como balances de mercurio en celdas electrolíticas, determinación de distribuciones de tiempos de residencia en procesos diversos, estudios de eficiencia de mezclado, localización de filtraciones y otras aplicaciones de las técnicas y equipos nucleares. En el campo de los instrumentos de medición y control y otros equipos y dispositivos con fuentes radiactivas selladas la oferta se dirige a los siguientes aspectos: diseño de nuevos instrumentos, mantenimiento, reemplazo de fuentes radiactivas, calibración, desmantelamiento (incluyendo pararrayos radiactivos) y asesoramiento.

En todos los casos la oferta de servicios y asistencia técnica de NOLDOR S.R.L. está avalada por la experiencia de sus profesionales en cada área específica y por las corres.

Instrumentos para uso industral

Radiotrazadores

Instrumentos nucleares de uso industrial

Los instrumentos nucleares para uso industrial o sistemas de control nucleónico (SCN) pueden ser definidos como "aquellos equipos utilizados para el control de procesos industriales por medio de mediciones basadas en las interacciones de las radiaciones ionizantes con la materia".

Los medidores nucleares constituyen el producto de la tecnología nuclear de uso más intensivo en la industria. En efecto, los resultados de la utilización de los cientos de miles de instrumentos instalados en todo el mundo se han reflejado en una mejora de la calidad del producto y una optimización del proceso de producción acompañadas de ahorro de energía y de materiales.

Además, los SCN han superado la competencia con los métodos de medición convencionales debido a su superioridad en ciertas áreas de la industria y a la posibilidad de resolver algunos problemas en los que otras técnicas no pueden ser aplicadas.

Su característica fundamental de efectuar mediciones sin tomar contacto físico con el medio a medir los ha hecho imprescindibles en numerosos campos de aplicación, siendo especialmente indicados para operar sobre líneas de producción de alta velocidad o en sistemas que trabajen a temperaturas extremas.

Entre los campos de aplicación de los medidores nucleares para uso industrial pueden considerarse dos grandes áreas: industrias manufactureras y exploración y explotación de recursos naturales.

En la primera se incluyen ingeniería civil, empaque y embotellamiento, papel, pulpa y plásticos, metalurgia, química, petroquímica y seguridad. Aquí los sistemas de control nucleónico pueden emplearse para medición de nivel de productos almacenados en tanques o llenado de envases, espesor o peso por unidad de área (películas plásticas, láminas de fibra de vidrio, placas de fibrocemento, goma, capas adhesivas, recubrimientos plásticos o electrolíticos, materiales abrasivos y láminas metálicas), densidad, humedad, caudal, concentración y análisis de compuestos.

En cuanto a exploración y explotación de recursos naturales, los instrumentos nucleares tienen cabida en los siguientes campos: medición de caudales, análisis de minerales in-situ, medición de concentración en líneas de producción, prospección y perfilaje, medición de nivel, densidad y humedad.

Fuentes selladas

Una fuente sellada de radiación está constituida por una cierta masa de una sustancia radiactiva almacenada en algún tipo de cápsula de manera de evitar que el radioisótopo tome contacto con el medio ambiente o con el proceso bajo estudio, control o medición.

Por lo general, los instrumentos nucleares que utilizan radiación gamma, están dotados con fuentes selladas formadas por cápsulas de acero inoxidable, cuyas dimensiones no suelen superar los dos centímetros de longitud y algunos milímetros de diámetro, que albergan la sustancia emisora. Por su parte, algunas fuentes emisoras de radiación beta pueden ser contenidas en tubos de cuarzo. En ciertos casos, dependientes del tipo y energía de la radiación involucrada, pueden emplearse láminas o alambres activados debidamente acondicionados.

Medición de espesor

Papeles de diverso tipo, películas plásticas, láminas de fibra de vidrio, placas de fibrocemento, goma, capas adhesivas, recubrimientos plásticos o electrolíticos, materiales abrasivos y láminas metálicas, son algunos ejemplos de los materiales que pueden ser medidos por medio de equipos nucleares.

En general se prefiere la utilización del método denominado de transmisión en el cual el material incógnita se interpone entre la fuente y el detector atenuando la radiación proveniente del emisor.

Por otra parte, es común que los procesos de fabricación requieran mantener el espesor dentro de ciertos límites de tolerancia y, por esta razón, la medición suele ser comparativa, indicando el grado de apartamiento entre el espesor producido y un valor de referencia.

La medición es, en todos los casos dinámica, dado que el material producido se desplaza longitudinalmente frente al cabezal de medición o a través del mismo en forma permanente. El cabezal, a su vez, puede desplazarse en forma lateral en un movimiento alternativo en ambos sentidos para obtener distintos perfiles longitudinales de espesor.

En cuanto a la presentación de la información puede ser tan sencilla como a través de un registrador gráfico, como tan compleja que requiera un monitor en el que se muestren gráficos representativos de la evolución del espesor, en base a distintos perfiles longitudinales, simultáneamente con información numérica del espesor instantáneo. En estos instrumentos, una computadora personal controla el desplazamiento lateral del cabezal, toma la lectura de los detectores, la digitaliza, la almacena y efectúa cálculos estadísticos. También puede aceptar el ingreso de constantes de calibración, espesores de referencia y tolerancias y, en base a toda esa información, accionar actuadores para el control automático del proceso de fabricación.

Los detectores preferidos son las cámaras de ionización mientras que, como fuentes radiactivas, pueden emplearse tanto emisores beta como gamma, estas últimas por lo general limitadas a la medición de espesores de láminas metálicas.

Medición de densidad

Los medidores nucleares de densidad se aplican a todo tipo de líquidos en circulación por cañerías, prefiriéndose casi con exclusividad la utilización del método de transmisión en el cual la configuración básica es la de una fuente y un detector emplazados en forma diametralmente opuesta a través de la cañería por la que circula el líquido a caño lleno.

La medición puede ser absoluta o relativa y estática o dinámica. Existen también equipos que permiten obtener perfiles longitudinales de densidad en el interior de un recipiente por medio del desplazamiento de la sonda.

En cuanto a la presentación de la información, se aplican consideraciones similares a las expuestas para los medidores de espesor. Como detectores se emplean cámaras de ionización, detectores Geiger-Müller (GM) y, en menor medida, detectores de centelleo. Como fuentes radiactivas se trabaja siempre con emisores gamma, preferentemente ¹³⁷Cs y ⁶⁰Co, en ese orden.

La medición de densidad de suelos es otra alternativa para los instrumentos nucleares aplicándose principalmente en dos casos: agronomía y estudio de capas asfálticas en calles y rutas. En este ámbito, en la técnica de reparación de baches por medio de hormigón compactado a rodillo, existe una estrecha relación entre la densidad de la capa depositada y el grado de compactación. El segundo se optimiza midiendo la primera. Las ventajas más importantes de las técnicas nucleares son dos : evitan la toma de muestras para la medición en laboratorio y permiten efectuar un gran número de determinaciones en un corto lapso. Ambas conducen a la evaluación de una zona más amplia y, por ende, más representativa del terreno.

Las fuentes son comúnmente de ¹³⁷Cs y los detectores tipo Geiger-Müller. En muchas oportunidades estos aparatos se emplean en forma conjunta con medidores nucleares de humedad de suelos que operan en base a fuentes emisoras de neutrones.

Medición de nivel

Aplicados a líquidos almacenados en tanques, pueden clasificarse en detectores de nivel (o medidores si/no) y en sistemas de medición continua. En el primer caso sólo se pretende saber si el nivel de líquido se halla por encima o por debajo de un valor de referencia, mientras que en el segundo se desea conocer el nivel real del líquido dentro de un cierto entorno de trabajo. La gran ventaja de los equipos nucleares en este, como en tantos otros problemas industriales, es la posibilidad de medir sin contacto con el material, el cual puede ser corrosivo o trabajar a altas presiones o temperaturas dificultando la utilización de técnicas convencionales de medición.

Por lo general, se opera con fuentes gamma de ⁶⁰Co y ¹³⁷Cs y con detectores GM en configuración de transmisión. El método de retrodispersión, en el cual fuente y detector se alojan en el mismo cabezal de medición, se utiliza con fuentes emisoras de neutrones de ²⁴¹Am-Be y detectores de neutrones térmicos tales como tubos o cámaras de trifluoruro de boro (F₃B) o de helio-3 (³H).

Es muy común encontrarse con problemas industriales en los que se necesite conocer si el líquido almacenado en un tanque está o no por sobre un nivel de referencia. Según sea el caso, el proceso de producción puede seguir etapas diferentes. En plantas de coqueo ubicadas en destilerías de petróleo suele requerirse la detección de más de un nivel para actuar en consecuencia.

El empleo de una fuente lineal y un detector de radiaciones ubicados en forma diametralmente opuesta en un recipiente que contiene un líquido, permite la medición continua del nivel de éste dentro de un cierto rango determinado por la longitud de la fuente. La configuración básica se representa en la figura siguiente, aunque también puede adoptarse un esquema inverso constituido por una fuente puntual y una batería de detectores GM en paralelo distribuidos linealmente.

La fuente se construye mediante un alambre irradiado bobinado, con una amplia separación entre las espiras, sobre una varilla de la longitud deseada. Como detector se trabaja, casi siempre, con tubos GM.

En estos casos, la configuración más simple consiste en un detector de radiaciones y una fuente instalados en forma diametralmente opuesta en la cara externa del recipiente que contiene el líquido cuyo nivel se desea detectar. Cuando el líquido sobrepasa el nivel determinado por el plano horizontal que contiene el eje fuente-detector, la intensidad de radiación que alcanza el volumen sensible del detector se ve fuertemente atenuada por la presencia del fluido, produciendo una marcada variación en la señal de salida que debería adoptar, teóricamente, la forma de una función escalón negativo. Esta señal, debidamente amplificada y transformada, puede accionar una alarma, una electroválvula, o cualquier otro dispositivo, o bien puede servir como entrada a un complejo sistema de control.

Medición de concentración

Existen dos tipos diferentes de medidores nucleares de concentración : aquellos en los que el espesor de la muestra es constante y aquellos en los que es variable. El primer caso se refiere a instrumentos que deben operar sumergidos en un medio líquido en el cual se desea evaluar la concentración de alguna impureza o contaminante. El líquido fluye libremente en el espacio que media entre la fuente y el detector, siendo entonces el espesor de la muestra igual a la distancia entre ambos. También puede tratarse de sistemas de laboratorio en los que la muestra a medir deba reunir ciertos requisitos con respecto a su espesor. El segundo caso abarca aquellos equipos destinados a medir muestras sólidas durante el proceso de producción (medición on-line).

En este contexto, los turbidímetros nucleares son instrumentos diseñados para medición de concentraciones de sedimentos en suspensión en cursos de agua. Con respecto a las técnicas gravimétricas clásicas tienen las mismas ventajas que otros equipos nucleares, es decir no requerir toma de muestras y brindar una información promedio y no localizada, siendo, en consecuencia, más representativa del medio. Son un complemento de los turbidímetros ópticos y ultrasónicos los cuales son poco sensibles para altas concentraciones. Por lo general emplean fuentes radiactivas gamma de baja energía tales como ¹⁰⁹Cd o ²⁴¹Am asociadas a detectores de centelleo.

Otro ámbito de utilización de las técnicas nucleares es la determinación de la concentración de cenizas en carbón. Las cenizas son el residuo oxidado que resta luego de la incineración del carbón, siendo su conocimiento importante tanto en la propia industria carbonífera como en la siderúrgica. Estos equipos pueden trabajar como instrumentos de laboratorio o asociados a una línea de producción. En este último caso permiten el monitoreo permanente del carbón involucrado en el proceso.

Otro tipo de instrumento, usado en la industria del cemento, opera según el principio del análisis por activación neutrónica por emisión de radiación gamma inmediata. Permite la medición de concetraciones de de silicio, aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, azufre y cloro. También se aplican en la minería del cobre.

Servicios ofrecidos por Noldor

Noldor S.R.I. ofrece los siguientes servicios relacionados con instrumentos nucleares de medición y control de uso industrial:

Radiotrazadores

Un trazador es una sustancia que se incorpora a un proceso natural o artificial por medio de alguna técnica de inyección o marcación y que permite conocer la evolución y dinámica de ese proceso a través del estudio y seguimiento de su propio comportamiento.

Dispersión de contaminantes en medios hídricos, comportamiento de acuíferos subterráneos, mecanismo de nutrición de vegetales, dinámica de órganos humanos y procesos de producción industrial son ámbitos de aplicación de los trazadores. Mediante su empleo se logra un conocimiento más completo y acabado de estos sistemas de tan diversas características.

Ejemplos de trazadores son: sólidos en suspensión, colorantes, sales, alcoholes y radioisótopos. La principal ventaja de estos últimos es la posibilidad de detectarlos y localizarlos por medio de las radiaciones que emiten sin establecer contacto físico con ellos o con el medio que los alberga.

La elección del trazador es de fundamental importancia dado que, cualquiera sea su naturaleza, debe cumplir con la condición de seguir fielmente al medio marcado, identificándose plenamente con el mismo y sin alterarlo. Por ello, debe trabajarse con la forma química adecuada para cada problema en particular. En el caso de tratarse de un radioisótopo, debe llenar, adicionalmente, requisitos relativos al tipo y energía de la radiación emitida y al período de semidesintegración.

La gran ventaja que presentan los radiotrazadores, en todas sus aplicaciones, es la posibilidad de trabajar con volúmenes pequeños para la operación de inyección y de poder ser detectados in situ, sin necesidad de tomar muestras. En efecto, adosando detectores de radiación a cañerías y otros puntos del sistema, pueden obtenerse las curvas de pasaje del trazador en tiempo real.

Tiempos de residencia

Los trazadores radiactivos constituyen una herramienta de gran efectividad para determinar distribuiciones de tiempos de residencia. Si se considera un sistema sencillo, compuesto por un único bloque, como el ejemplificado en la figura siguiente, una inyección instantánea de un trazador adecuado, en el punto de ingreso del fluido, permite obtener a la salida una función de respuesta que es precisamente la distribución de tiempos de residencia buscada. Esta curva de respuesta se grafica determinando la concentración del trazador en función del tiempo, ya sea mediante la toma de muestras o bien instalando un detector para medición continua en el punto de salida.

En las aplicaciones no se necesita conocer la función completa de respuesta sino sólo el tiempo medio de residencia, que, para un sistema sencillo, puede hallarse en forma teórica efectuando el cociente entre el volumen involucrado en el proceso (V) y el caudal de entrada (Q). Apartir de la curva de respuesta obtenida experimentalmente, el tiempo medio de residencia puede hallarse mediante el cálculo de su baricentro. La comparación de ambos valores puede dar valiosa información relativa al comportamiento del sistema bajo análisis.

Los sistemas ideales pueden clasificarse en dos tipos: reactores de flujo pistón y reactores de mezclado total. En los primeros, todos los elementos integrantes del fluido se desplazan a través del sistema sometidos al mismo régimen, sin mezcla hacia adelante o atrás en todo su trayecto. Si este sistema es excitado con un pulso de trazador, la respuesta presentará una distribución de concentraciones similar, pero con un desfasajetemporal. En los reactores de mezclado total se asume que dicho pulso se distribuye en todo el volumen del mismo en forma instantánea y que la conc entración de salida es idéntica a la existente en su interior.

En los sistemas reales, la respuesta al impulso adoptará una forma arbitraria pudiendo calcularse el tiempo medio de residencia a través del baricentro de la curva utilizando la expresión presentada más arriba resuelta en forma numérica. Si lo que se desea es encontrar una función matemática que describa la respuesta, y por lo tanto el comportamiento del sistema lo más fielmente posible, debe efectuarse un ajuste de la respuesta por medio del modelo adecuado. Los sistemas reales, además, pueden adoptar complejos esquemas de interconexión incluyendo elementos en serie y en paralelo y realimentaciones. En estos casos debe tratarse de descomponer el conjunto en subsistemas simples y analizarlos en forma individual mediante varias inyecciones y varios puntos de medición.

Mediante estudios con radiotrazadores pueden detectarse volúmenes muertos, caminos múltiples de transporte de material, recirculaciones internas y muchos otros problemas que afecten a los procesos industriales.

Localización de filtraciones

La localización de filtraciones en cañerías soterradas constituye una de la aplicaciones más inmediatas y efectivas de los radiotrazadores.

La técnica consiste en la incorporación del trazador adecuado a la línea sospechosa y en su posterior lavado mediante la libre circulación del fluido normalmente transportado. Donde se encuentra la rotura, el trazador filtrará y será absorbido por el terreno. Allí podrá ser detectado siguiendo la traza de la cañería desde la superficie utilizando un sencillo detector de radiaciones.

Está claro que el seguimiento se efectúa en forma totalmente externa y sin necesidad de dañar el pavimento o mampostería. El punto de probable filtración es detectado normalmente con buena exactitud.

Análisis por dilución

La técnica de análisis por dilución permite determinar masas o volúmenes de líquidos almacenados en cualquier tipo de recipiente.

Se basa en la inyección de un trazador, de masa y actividad conocidas y en la forma química apropiada, en el recipiente donde se encuentra la masa incógnita.

Luego de lograda la homogeneización de la mezcla, se extraen muestras para su medición. La relación entre la actividad medida en las muestras y la actividad inyectada determina el factor de dilución a partir del cual, dado que se conoce la masa incorporada, puede hallarse la masa total.

La principal aplicación de esta técnica es la determinación de mercurio en celdas electrolíticas para producción de cloro - soda con el objetivo de evaluar el rendimiento operativo de las celdas.

Servicios ofrecidos por Noldor

Noldor S.R.I. ofrece los siguientes servicios relacionados con aplicación de radiotrazadores en estudios de procesos industriales:

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