ES2220960T3 - Fluxometro. - Google Patents

Abstract

SE PRESENTAN UN METODO Y UN DISPOSITIVO PARA MEDIR FLUJOS DE FLUIDOS, TALES COMO LIQUIDOS Y GASES, QUE FLUYEN A TRAVES DE UN TUBO (16). EL TUBO ES CONDUCTOR DEL CALOR Y SE CALIENTA EN UNA CIERTA UBICACION (18), CON CALOR QUE POR UN LADO SE MUEVE POR MEDIO DE LA PARED DEL TUBO (17) EN UNA DIRECCION CONTRARIA AL FLUJO DEL FLUIDO, Y POR OTRO LADO FLUYENDO HACIA UN CUERPO CONDUCTOR DEL CALOR (20) QUE SE EXTIENDE PREFERIBLEMENTE SUBSTANCIALMENTE PARALELO A LA PARED DEL TUBO. LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE LA PARED DEL TUBO (17) Y EL CUERPO CONDUCTOR (20) SE MIDE, POR EJEMPLO, MEDIANTE UNA TERMOPILA (19) Y ES UNA MEDIDA DEL FLUJO QUE HA PASADO. EL DISPOSITIVO COMPRENDE PREFERIBLEMENTE UNA TERMOPILA (19) PARA LLEVAR A CABO LA MEDIDA.

Description

Fluxómetro.

La invención se refiere a un dispositivo para medir flujos de fluidos, tales como líquidos y gases, que fluyen a través de un tubo, siendo operativo el dispositivo con una fuente de calor, y teniendo una termopila para medir las diferencias de temperatura. Las diferencias de temperatura medidas son una medida del flujo.

Los dispositivos de esta clase son conocidos en general. Un fluido fluye por un tubo conductor del calor que tiene un elemento de calentamiento dispuesto en algún punto alrededor del mismo. Se mide entonces la diferencia de temperatura entre dos puntos de la pared del tubo, en ambos lados, es decir, aguas arriba y aguas abajo respecto al elemento de calentamiento y equidistantes del mismo. Cuando el fluido no fluye, la curva que muestra la relación entre la temperatura y la posición en el tubo indicará una relación sustancialmente lineal y será simétrica con respecto al elemento de calentamiento y por lo tanto no se medirá ninguna diferencia de temperatura. Se supone que, en puntos equidistantes del elemento de calentamiento, delante y detrás (aguas arriba y aguas abajo), las temperaturas serán iguales. Cuando el fluido fluye, la citada curva aguas arriba con respecto al elemento de calentamiento, vista en la dirección del flujo, se abombará, y aguas abajo, será convexa hacia arriba. La diferencia de temperatura medida es una medida del flujo que se va a medir (= volumen o peso que fluye, por unidad de tiempo).

Para incrementar la sensibilidad de tales mediciones y reducir la ocupación de espacio, el documento EP-A-395.126 presenta un método de medición por medio de un tubo curvado en "U", a través del cual fluye el fluido, que tiene el elemento de calentamiento dispuesto como una hélice alrededor de la parte de fondo de la "U". Entonces es posible realizar la medición con la ayuda de una serie de detectores de temperatura, en particular con una termopila. La disposición de la termopila requiere que la curva de la "U" sea muy estrecha.

Un inconveniente principal al utilizar un dispositivo de medición de esta clase, en particular es que es difícil de limpiar. El objeto de la invención es, manteniendo las ventajas ofrecidas por la última construcción, con el tubo curvado en "U" y una termopila para medir diferencias de temperatura, permitir la medición con un tubo recto, y por lo tanto, con la ayuda de un dispositivo que se puede limpiar más fácilmente.

También se ha propuesto, véase, por ejemplo, el documento US 3181357, figura 12, con la descripción asociada, columna 5, líneas 34-59, utilizar un método en el cual un fluido fluye por un conductor curvado en "U" que tiene entre las patas de la "U", un conducto por el cual no hay ningún flujo. Se mide una diferencia de temperaturas entre un punto del conductor que conduce el fluido y un punto del conducto obteniéndose una medición de la cantidad de medio que ha circulado por unidad de tiempo. Aunque la curva de la "U" sea menos estrecha, el conductor de referencia, es decir, el conducto 88, en primer lugar se tendrá que ajustar de manera que, al menos en las posiciones en las que se realizan las mediciones, la temperatura, o (parte de) la curva de temperaturas, coincida con aquella de los conductores de fluido. Es posible un ajuste de esta clase por medio de la selección de materiales, dimensiones, etc.

Sin embargo, un inconveniente de un método de esta clase es que se debe ajustar el conductor de referencia, es decir, el conducto.

El dispositivo de acuerdo con la invención se refiere a estos inconvenientes. Con esta finalidad, tiene las características reivindicadas en la reivindicación 1.

En comparación con la medición con la ayuda de un tubo curvado formando una "U", se podría decir que la segunda parte de tubo de la "U" ha sido reemplazada por una pata fija. Cuando un fluido fluye por el tubo en la dirección de la fuente de calor, la temperatura medida en la pared del tubo invariablemente será menor que cuando no fluye el fluido. La citada curva de temperatura -lineal en su mayor parte- se produce en la pata; se mide ahora la diferencia de temperatura entre ambos con ayuda de una termopila existente entre el tubo y la pata de referencia. Se debe hacer notar que, cuando se realizan las mediciones utilizando el dispositivo de acuerdo con la invención, la sensibilidad es la mitad en comparación con la sensibilidad cuando el tubo está curvado en "U", lo cual es evidente a partir de las curvas que muestran las diferencias de temperatura en función de la distancia a la fuente de calor. El documento US 4.107.991 se refiere a un método de medición de flujo en el cual no se utiliza termopila. En su lugar, el conducto utilizado tiene una resistencia eléctrica que varía en función de la temperatura. La corriente es hecha pasar por el conducto para calentarlo. Se une un puente de resistencia al conducto para medir variaciones de resistencia de segmentos del conducto (véase la reivindicación 1).

El documento US 4.107.991 muestra varias formas de conducto: en "U" (figura 3); curvado (no recto) (figura 4); en forma de \alpha (figuras 6 y 7). Solamente en la figura 5 se muestra una pareja de conductos rectos, fluyendo el fluido solamente por uno de ellos. Sin embargo, no hay enseñanzas de que la separación de los conductos de la pareja de conductos se pueda hacer tan pequeña para que acomode una termopila en contacto térmico con cada uno de los conductos.

Cuando se miden flujos relativamente grandes, tales como, por ejemplo, un caudal de agua de 55x10^{-6} kg/s (200 g/h) puede ser ventajoso hacer que la conducción de calor se produzca entre la pared exterior y la pata de referencia, por ejemplo utilizando materiales conductores del calor y/o construcciones que se montan entre ambas.

En el dispositivo de la invención, el calor se transmite al fluido por la pared del tubo. En sus extremos separados de la fuente de calor, la pared del tubo y la pata de referencia tienen la misma temperatura, la cual se alcanza, por ejemplo, haciendo que ambos extremos confluyan en un mismo cuerpo conductor del calor. También pueden ser conectados simplemente entre sí. Como se ha mencionado más arriba, el dispositivo de medición de la temperatura presente entre la pared del tubo y la pata es una termopila. Como fuente de calor, preferiblemente se utiliza una hélice de calentamiento.

Para favorecer la transmisión de calor de la pared del tubo al fluido, es posible la aplicación de una "inserción", Tal inserción consiste entonces en, por ejemplo, un cuerpo cilíndrico que tiene, por ejemplo, una longitud igual a la del tubo y que tiene un diámetro que es menor que el diámetro interior del tubo. El cilindro se dispone concéntricamente en el tubo, y a continuación, el fluido fluye como una película a lo largo de la pared interior del tubo.

Se debe hacer notar que la sensibilidad del dispositivo de acuerdo con la invención se puede incrementar haciendo que un fluido fluya por dos (o más) tubos paralelos, estando situada entonces la pata de referencia entre los citados dos tubos y midiéndose las diferencias de temperatura invariablemente entre las partes de tubo y la pata central.

La invención se explicará con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos, en los cuales

la figura 1 y la figura 2 muestran esquemáticamente los métodos y dispositivos conocidos para medir flujos; y

la figura 3 muestra un dispositivo de acuerdo con la invención.

En la figura 1, el flujo 1 de fluido circula por el tubo 2 en la dirección indicada. Se calienta el tubo 2 con la ayuda de una hélice de calentamiento 3, transmitiéndose el calor generado aguas arriba y aguas abajo por la pared conductora del tubo 2.

Cuando no fluye fluido por el tubo 2, la curva de temperatura, medida en la pared de tubo, es como se muestra en 4: una curva sustancialmente lineal aguas arriba y aguas abajo.

Cuando un fluido fluye por el tubo, la curva de temperatura, medida en la pared de tubo, se muestra como la curva 5: "abombada" (cóncava) aguas arriba y convexa aguas abajo. La medida en con el que se desvía la curva de temperatura de la situación sustancialmente lineal, es una medida del flujo. Por ejemplo, cuando las temperaturas se miden en 6 y 7 - posiciones en la pared de tubo que están situadas a una distancia tal de la fuente de calor que, in situ, la desviación de la temperatura respecto de la de la situación lineal sea significativa, la diferencia \DeltaT de temperatura que se produce es la medida a la que se hace referencia.

La figura 2 muestra como se puede medir, con la ayuda del mismo principio de la figura 1, un flujo con una ocupación de espacio mucho menor. El tubo 8, por el cual fluye el flujo 9 de fluido, es comparable al tubo 2 de acuerdo con la figura 1, aunque en esta ocasión está curvado en"U". El cuerpo 10 conductor del calor hace que las temperaturas de los extremos del tubo que se corresponden con los extremos de las patas de la "U", sean iguales. 11 es una termopila situada entre las dos patas de la "U", con la cual se miden las diferencias de temperatura a todo lo largo de las paredes de tubo, y se pueden suministrar en forma integrada. Las curvas de temperaturas aguas arriba y aguas abajo están indicadas como 12 y 13, respectivamente; en el caso de una medición integrada con ayuda de una termopila 11, la superficie 14 entre las curvas 12 y 13 es la medida deseada del flujo de fluido.

El dispositivo de acuerdo con la figura 3 -un dispositivo de acuerdo con la invención- hace posible el método de acuerdo con la invención. En este caso también hay un flujo 15 de fluido que fluye por un tubo 16 que tiene una pared conductora 17. En 18, se calienta el tubo 16, y por lo tanto el fluido. Con la ayuda de la termopila 19 se mide la diferencia de temperatura entre la pared 17 de tubo y una pata 20 de referencia fija. Dicha pata 20 se extiende entre la parte calentada 18 del tubo 16 y la posición 21, en la cual el tubo 16 y la pata 20 se encuentran entre sí en contacto conductor del calor. De la misma manera que se indica en la figura 2, el tamaño de la superficie 22 -la diferencia de temperatura entre la pared 17 de tubo y la pata de referencia 20- se integra a lo largo de la longitud completa en la cual se produce una diferencia de temperatura entre ambas.

La comparación de la citada superficie 22 con la superficie 14, como se indica en la figura 2, muestra que la sensibilidad de medición es la mitad cuando las mediciones se realizan solamente en el flujo en un lado de la fuente de calor.

La superficie 22, y por lo tanto la señal que se va a medir, se incrementa al aumentar el flujo de fluido. Además, la citada señal depende de la diferencia de temperatura entre la temperatura en la posición en la cual se encuentra situada la fuente de calor y la temperatura en la posición en donde la pared del tubo y la pata de referencia tienen, de nuevo, una temperatura igual: el rango de medición.

Claims (2)

1. Dispositivo para medir flujos de fluidos que fluyen por un tubo, que comprende

una pieza (16) de tubo recta que es conductora del calor y por la cual, durante la utilización, fluye un fluido que se va a medir, teniendo la pieza (16) de tubo un extremo de entrada y un extremo de salida;

una fuente de calor dispuesta para cooperar con el extremo de salida;

una segunda parte (20) conductora de calor que se extiende sustancialmente paralela y a distancia del tubo (16), no estando afectada la temperatura de la segunda parte conductora de calor por el flujo de fluido;

estando conectado térmicamente el extremo de entrada de la pieza (16) de tubo, al extremo correspondiente de la segunda parte (20) conductora de calor;

estando conectado térmicamente el extremo de salida de la pieza (16) de tubo al extremo correspondiente de la segunda parte conductora de calor (20);

una termopila (19) dispuesta entre la pieza (16) de tubo y la segunda parte conductora de calor (20) para medir diferencias de temperatura entre el tubo (16) y la segunda parte conductora de calor (20) a lo largo de la longitud entre sus extremos respectivos y para suministrar las citadas diferencias de temperatura en forma integrada.

2. Dispositivo como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la fuente de calor consiste en una hélice de calentamiento que se aplica al extremo de salida de la pieza de tubo y al extremo correspondiente de la segunda parte conductora de calor.